內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的研究.pdf

1、內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的研究是內(nèi)燃。直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一,內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)是主要由四沖程自由活塞內(nèi)燃機(jī)、永磁直線電機(jī)、儲(chǔ)能裝置以及控制單元等構(gòu)成的新型動(dòng)力系統(tǒng),可用于電動(dòng)混合動(dòng)力汽車取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī),實(shí)現(xiàn)清潔高效利用能源。儲(chǔ)能裝置的最大特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間、大電流、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大范圍變化條件下的儲(chǔ)能以及電能的高效、雙向流動(dòng),且響應(yīng)快速準(zhǔn)確。
　　 本文主要以內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置為

2、研究對(duì)象,依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)“內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)”(項(xiàng)目號(hào):2006AA052236)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)分析與優(yōu)化”(項(xiàng)目號(hào):50876043),對(duì)內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)、模型建立、能量流控制策略、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及擴(kuò)展應(yīng)用等方面開展了系統(tǒng)深入的研究。
　　 根據(jù)內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的工作要求,以高效性和實(shí)用性為指導(dǎo)原

3、則,對(duì)內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行了研究、設(shè)計(jì)和開發(fā),提出了一種新型儲(chǔ)能裝置及其控制方法,滿足電能量雙向流動(dòng)的內(nèi)燃一直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)中高效率的能量變換和存儲(chǔ)要求。所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能裝置采用新穎的超級(jí)電容器組串并聯(lián)切換技術(shù),與優(yōu)化設(shè)計(jì)的雙向DC-DC功率變換器(Bi-directional DC-DC powerconverter,BDPC)結(jié)合使用,實(shí)現(xiàn)了低電壓值等級(jí)電源供電的可變電壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真和實(shí)

4、驗(yàn)研究,仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性和有效性。
　　 在對(duì)內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置各組成部分進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,建立了由蓄電池組和超級(jí)電容器組組成的混合電源模型、BDPC模型、H橋直流PWM變換器模型、永磁直線電機(jī)模型和控制器模型,并給出了整個(gè)儲(chǔ)能裝置的仿真模型,仿真結(jié)果證明了所建模型的正確性,能夠滿足儲(chǔ)能裝置實(shí)時(shí)控制的精度要求和能量流效率要求。
　　 能量流控制策略的設(shè)計(jì)是內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)

5、能裝置研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié),能量流控制策略是影響能量流效率的主要因素。為了保證儲(chǔ)能裝置穩(wěn)定、可靠、高效工作,需要采用最優(yōu)的能量流控制策略,使得儲(chǔ)能裝置在穩(wěn)態(tài)時(shí)具有較高的精度,在瞬態(tài)時(shí)具有快速響應(yīng)能力。
　　 本文提出了一個(gè)工作周期內(nèi)四種工作模式的能量流控制策略,分別為:降壓提供能量、升壓提供能量、升壓回饋能量和降壓回饋能量。設(shè)計(jì)了基于模糊控制算法的BDPC控制器和H橋直流PWM變換器的數(shù)字PID控制器,并采用遺傳算法對(duì)H橋直流PWM變

6、換器的數(shù)字PID控制器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了能量流的合理有效控制,通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了理論分析的正確性和控制策略的有效性,使得系統(tǒng)在安全可靠的基礎(chǔ)上高效工作。
　　 為了進(jìn)一步驗(yàn)證內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的相關(guān)理論分析、設(shè)計(jì)及控制策略的有效性和實(shí)用性,完成了基于TMS320F2812DSP的儲(chǔ)能裝置控制器的設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)室搭建了儲(chǔ)能裝置小型實(shí)物原型,進(jìn)行了原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的研究,對(duì)某小型永磁直流電機(jī)兩個(gè)方向運(yùn)行模式

7、分別進(jìn)行了原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。研制了內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置樣機(jī),建立了儲(chǔ)能裝置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)儲(chǔ)能裝置樣機(jī)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明,所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能裝置以及提出的能量流控制策略能夠滿足內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)的能量雙向高效流動(dòng)要求。
　　 所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置及其控制方法基于改善能量的傳輸與轉(zhuǎn)換效率的目的,可實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換、傳輸、回饋,不只局限用于內(nèi)燃.直線發(fā)電集成動(dòng)力系統(tǒng),對(duì)其擴(kuò)展應(yīng)

8、用進(jìn)行了部分研究工作。在與常規(guī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量回饋的方法比較分析的基礎(chǔ)上,把該儲(chǔ)能裝置作為電動(dòng)汽車(Electric vehicle,EV)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量回饋制動(dòng),并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真對(duì)不同回饋制動(dòng)方法進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。
　　 本儲(chǔ)能裝置適用于混合動(dòng)力汽車(Hybridelectric vehicle,HEV)、純電動(dòng)汽車、功率緩沖系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及能量回饋系統(tǒng)等以電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)且能量雙向流動(dòng)