电动汽车的多模式复合电源能量管理自适应优化

为提高电动汽车的多模式复合电源系统效率,提出一种能量管理自适应优化方法。对多模式复合电源工作模式进行分析,设计超级电容自适应参考电压。建立复合电源系统效率优化目标函数,并结合电池荷电状态和超级电容电压设计电池输出功率补偿规则和能量管理自适应优化方法。搭建多模式复合电源系统仿真模型和测试平台进行测试。测试结果表明:在UDDS和NEDC路况下,与滞环控制相比,采用能量管理自适应优化的多模式复合电源系统效率分别提高1.13%和1.02%。采用能量管理自适应优化的多模式复合电源不仅能自适应选择工作模式和完成电池输出功率补偿,而且避免了电池输出功率突然增大,保证了电池安全。     

电动汽车混合储能系统的自适应协同控制

针对电动汽车混合储能系统在采用协同控制方法时受超级电容等效电阻和电池内阻引起的输入电压波动影响等问题,提出了一种自适应协同控制策略。首先,基于直流变换器理想状态空间平均模型设计了协同控制器,并对其稳定性进行了分析;其次,基于超级电容等效电阻和电池内阻建立了系统的精确数学模型,定义了自适应观测函数和基于Lyapunov函数的自适应控制律,并对负载及输入电压进行估计;进一步,选取了协同控制宏变量并推导出自适应协同控制的占空比函数;最后,在MATLAB/Simulink中搭建了混合储能系统的仿真模型,验证了自适应协同控制的有效性。仿真结果表明:自适应协同控制只有轻微的超调和因负载变化造成的电流波动,且响应速度较快,约为4 ms,电流跟踪误差不超过1%。与协同控制和滑模控制相比,自适应协同控制系统有更好的稳定性和抗干扰能力,能有效提高电动汽车混合储能系统的稳定性和鲁棒性,保证功率分配策略的有效实施。     

延长锂离子电池寿命的电动汽车复合电源设计

分析了锂离子电池作为新能源汽车单一电源的局限性和超级电容作为辅助动力源的优势,设计了锂离子电池与超级电容的复合电源系统拓扑结构.然后基于NEDC(欧洲3/4排放标准试验工况)循环工况,结合锂离子电池和超级电容的性能参数对锂离子电池-超级电容复合电源进行参数匹配,利用超级电容器"削峰填谷"的作用来提高锂离子电池的性能和使用寿命.其后,基于整车循环工况试验建立容量衰减模型.最后,采用速度跟随式多目标优化的逻辑门限值控制策略,利用Matlab/Simulink进行仿真计算,验证了复合电源系统拓扑结构设计、容量衰减模型和控制策略的合理性.仿真结果表明,该模型可以将电池的寿命提高50%,使电池避免大电流的冲击,降低了整车使用成本.     

24V交流单相在线式不间断电源的设计

设计了一款输出24V交流单相在线式不间断电源。设计中采用正弦波单相逆变电源控制芯片U3990F6-50作为主控芯片;采用Boost升压电路对输入电压升压,使逆变之前的电压维持在40V以上,使电压和负载调整率大大提高了;采用恒压恒流的形式对蓄电池进行充电;电路具有过流保护,电池欠压报警及保护等功能。     

用于Boost变换器的无负载电流传感器滑模-预测控制策略

Boost变换器作为升压DC-DC变换器被广泛应用于光伏发电、储能及电动车领域。然而由于Boost变换器的右半平面零点的频域特性,传统的PI控制策略会限制变换器的动态性能,在较大负载突变的情况下造成较大的输出电压波动,进而造成过压或欠压故障;预测控制可以有效提高动态性能、避免调整控制参数以及可增加系统约束,但由于系统参数不匹配及对损耗的忽略会造成输出电压的稳态静差。为了减小负载突变带来的电压波动同时兼顾稳态特性,本文提出了无负载电流传感器的滑模-预测控制策略,外环采用滑模面生成电感电流指令值,内环采用无差拍预测控制,并使用了滑模观测器来观测电流。该控制策略不需要负载电流传感器,相比PI控制器,不仅可以同时减小负载突变时的输出电压波动和过渡时间,还可以有效限制稳态静差。实验验证了该套控制策略的性能优越性。     

Buck变换器的自适应终端滑模控制策略

针对Buck变换器的传统滑模控制方法存在滑模系数不易确定,以及系统的动态响应和鲁棒性难以同时提升的问题,提出了一种基于电感电流建立双闭环结构的自适应终端滑模控制策略。该算法基于电感电流建立滑模面切换函数,利用输出电压误差跟踪基准电感电流,通过对李雅普诺夫稳定性的求解确定跟踪系数,规避了常规滑模系数难以确定和基准电感电流不易测量的问题;在该滑模面切换函数上构建了非线性环节,实现了终端双闭环滑模控制方法;通过卡尔曼滤波增益理论对非线性环节的阶数自适应选择,同时提高了趋近速度和收敛速度,有效改善了滑模控制策略的动态特性和鲁棒性互相制约的问题。自适应终端双闭环滑模控制Buck变换器在启动环节能够获得最优的瞬态响应,并有效地抑制电压的过冲量,在负载突变情况下具有最小的电压跌落量和最快的调节时间,有效地解决了动态响应与鲁棒性互相制约的问题,同时提升了系统控制的动态响应和鲁棒性。自适应终端双闭环滑模控制策略物理实现相对简单,在Buck变换器以及其他DC-DC变换器的高精度控制领域具有一定的实用价值。     

三相电压型逆变器的反步滑模变结构控制策略

为了克服反步控制对参数变化敏感以及鲁棒性不佳的不足,将反步法和滑模变结构控制两种策略相结合,讨论了多输入多输出系统反步滑模控制设计思路。使用反步控制策略设置虚拟控制量和构造Lyapunov能量函数,根据Lyapunov函数建立滑模面,选取合适的滑模趋近律,推导出多输入多输出系统反步滑模控制律的数学模型。将其应用到三相电压型逆变器非线性系统中,得到了三相电压型逆变器的控制模型。通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了该控制策略的合理性。     

基于接收侧变结构补偿的恒流恒压无线充电系统

随着无线电能传输技术快速发展,磁耦合式无线充电技术被广泛应用在锂电池充电领域.为进一步提升无线充电系统的安全性与充电效率,在串联-串联(series-series, S-S)型补偿网络的基础上设计一种基于接收侧π/T型变结构补偿网络的恒流恒压无线充电系统.利用等效电路分别建立恒流和恒压充电的模型,通过附加的电容电感和开关改变接收侧拓扑结构,实现无线充电系统输出稳定的电流电压.该结构无需原边和副边复杂的控制和通信,几乎没有无功功率输出.通过DSP控制器作为恒流恒压输出的切换控制器.最后通过仿真和实验验证了基于接收侧π/T型变结构补偿网络恒流恒压输出特性和参数设计的准确性.     

车载超级电容系统的RBF神经网络自适应鲁棒滑模控制方法

针对城市轨道交通加速和制动过程中再生制动能量利用率不高、引起电网电压波动等问题,提出一种车载超级电容RBF神经网络自适应鲁棒滑模控制方法.设计基于超级电容的车载储能控制系统,利用状态空间平均法建立电路模型,进行精确反馈线性化,构建了神经网络自适应滑模控制器.通过仿真验证:该方法可以有效抑制牵引电网电压波动,最大限度地回...     

具有恒流恒频恒压特性的IPT系统参数设计

针对传统恒流恒频恒压控制方法须额外增加开关电路和闭环控制存在的缺点,以谐振网络拓扑为原边并联-副边串联型(PS型)的感应电能传输(IPT)系统为研究对象,基于交流阻抗法,推导出原边谐振电流、系统谐振工作频率和负载输出电压近似恒定的约束条件.从而提出一种谐振网络参数的综合设计流程,使得系统在所设计的负载范围内,就能自然地保证原边谐振电流、系统谐振工作频率和负载输出电压同时近似恒定.该方法不加额外辅助开关电路便可同时实现恒流、恒频和恒压,具有良好的负载兼容性.仿真及实验结果验证了这种具有恒流恒频恒压特性的参数设计流程的正确性和有效性.     

单体锂动力电池的携行电台供电电源直流变换控制技术

提出一种基于脉宽调制技术和滑模变结构控制技术相结合的新型直流变换电源控制策略,设计了一种连续电流模式下的升压直流变换电源滑模变结构控制器,将3.2 V单体锂动力电池变换为满足携行电台供电要求的12 V工作电源。通过Matlab/Simulink环境下构建控制器仿真模型,并对负载电阻和输入电压变化情况下的控制器性能进行仿真实验,结果表明该升压直流变换电源滑模变结构控制器在大范围扰动情况下的输出电压变化并不明显,稳态误差较小,动态性能良好,鲁棒性强。     

用于辅助电源Buck变换器的切换滑模控制策略

针对电动汽车辅助电源系统采用滑模控制方法,存在策略实现复杂度高、系统输出不稳定的问题,提出了一种用于辅助电源Buck变换器的切换滑模控制策略。将辅助电源系统输出电压与目标电压进行对比输出电压误差,然后在限制条件下对电压误差进行调节,有效避免了电压误差变化率的负向输出,从而实现了MOSFET开关的高效控制。搭建仿真模型与实验平台,完成了对切换滑模控制策略有效性的验证,结果表明:所提的辅助电源Buck变换器的切换滑模控制策略在降低复杂度的基础上,能有效地消除奇异问题,保证系统的动态响应速度和稳定性;与传统的滑模控制策略相比,辅助电源采用切换滑模控制策略,系统启动响应调节时间缩短了25%,系统抗干扰能力和鲁棒性均得到了提高。     

双参数组合优化的复合电源模式切换控制策略

针对电动汽车多模式复合电源系统的工作模式频繁切换、系统参数优化不易实现的问题,结合超级电容荷电状态、需求功率以及部件效率,提出一种基于平均功率和滞环控制的双参数组合优化切换控制策略。通过实时平均功率跟踪和滞环控制来避免工作模式频繁切换,提高系统稳定性;通过建立双参数组合优化的模拟退火目标函数来优化系统工作效率。对所搭建的复合电源系统仿真模型与实车测试进行比较验证,结果表明:采用双参数组合优化切换控制策略能降低复合电源工作模式切换频率和电池输出频率,有效保证了系统的稳定性和电池安全,从而提高系统效率和延长电池使用寿命;与基线控制策略相比,实车测试时复合电源系统工作效率提高了1.8%。该结果可为电动汽车复合电源系统研究提供参考。     

串联超级电容组动态分段充电控制策略

针对目前的超级电容组充电策略存在过压风险和容量利用率较低的缺陷,在现有充电方法的基础上,提出一种动态分段超级电容充电控制策略,提高了超级电容容量利用率.该方法划分为恒流充电、恒压充电与浮充3个阶段,恒流充电又划分为启动阶段、恒流阶段与充电终止阶段,恒压充电根据单体电压动态确定,设计了状态机实现该方法.采用带有均压电路的串联电容组模型进行仿真实验以验证充电效果.仿真结果表明:该方法可将超级电容利用率提高9%.     

基于改进型滑模控制的光伏并网系统

为解决滑模控制中的抖振问题, 针对光伏并网控制系统, 设计了基于改进型滑模变结构的三相电压型逆 变器。 该方法首先找出准确的滑模切换函数, 推导了其切换函数的存在性; 然后对所得的滑模切换函数进行 “扩大冶, 通过自适应控制得到需增加的距离。 同时经 Matlab 平台搭建仿真模型进行实验验证, 对比分析滑模 变结构控制策略改进前后的瞬态性能。 结果表明, 改进后系统的输出电压较平稳, 总谐波失真降低到 0. 62%, 很好地解决了滑模控制中的抖振问题。     

应用于超级电容储能的开关准Z源双向DC/DC变换器研究

为了解决超级电容储能系统中超级电容升降压变换比较低以及输出电压波动较大的问题,同时在升压时提高充电速度,本文提出一种新颖的开关准Z源双向DC/DC变换器.该变换器添加了2个开关电容,升压过程中电压增益提升1/4,降压过程中降压系数减小1/5,并使开关管的电压应力降低1/5.论述了超级电容升压放电模式以及充电降压模式的工...     

一种新型的不间断电源设计

在现代冶金、医药等行业中,供电不稳定或突然断电会造成严重的损失。为了克服各种供电不稳定因素,设计了一种新型的不间断电源。当供电不稳定的时候,能通过后备电池继续稳地的提供电能,避免负载系统遭受欠压、浪涌、过载等危害。系统采用飞思卡尔微功耗单片机KL26作为主控制芯片,DC-DC转换器采用Buck/Boost拓扑结构,通过微处理器自带的A-D转换器采集系统的电压电流信号,然后对转换电路进行PID控制。设计实现了对后备电池可调恒流充电、对负载恒压放电和充放电自动转换等功能。系统还能对输入电压、输出电压和输出电流进行实时监控并显示。     

LED闪光灯电源的研究与设计

本设计以STC12LE5201AD单片机作为闪光灯电源的控制核心.采用电流斩波电路将3 V输入电压升高给控制器供电.通过电阻反馈电流、单片机输出PWM、场效应管开关控制电路、电流恒流源控制等方式有效的恒定输出电流.实验表明,该变换器能将电池电能转化为恒流输出、同时实现连续和脉冲两种输出模式、电流档位的选择、输出电压限压保护和过载报警功能.系统输出相对误差小于2%,效率达到91.8%,能够满足恒流稳压电源的要求.     

一款双向DC-DC变换器的设计

以传统的同步整流BUCK电路为核心,利用同步BUCK电路与同步BOOST电路的对称性,采用STM32F334单片机对系统进行控制,设计了电流方向可以自动切换的双向DC-DC电源系统。包括主电路、辅助电源和测控电路三部分;通过对电压、电流等参数的PID闭环控制,实现了电池与直流电源之间的充放电,以及恒压恒流控制;并且有显示电流电压及充放电状态的功能;电能转换效率可达98.5%。     

复合电源系统电动汽车性能敏感度研究

为研究锂电池与超级电容复合电源系统配置和电动汽车性能的关系,提出了单因素变化敏感度分析方法.建立了基于功率跟随式能量控制策略的锂电池与超级电容复合电源系统仿真模型,研究复合电源系统配置变化对电动汽车性能的影响.仿真结果表明:锂电池串联数量对电动汽车性能影响很小,敏感度在-0.041~0.099之间;超级电容串、并联数量对电动汽车最高车速影响较大,敏感度在0.180~0.277之间;超级电容串联数量对电动汽车加速性能影响最大,敏感度在-0.862~-0.650之间;超级电容并联数量对加速性能影响较大,敏感度在-0.289~-0.154之间;复合电源系统配置对能耗影响很小,敏感度在-0.041~0.057之间.实验测试结果验证了结论的有效性,可为改善电动汽车性能提供设计依据.