【摘 要】
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燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicles,FCEV)的主要动力源由燃料电池系统提供,具有零污染零排放的优点,但其输出特性相对偏软,负载动态响应速度慢,变工况环境适应性
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燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicles,FCEV)的主要动力源由燃料电池系统提供,具有零污染零排放的优点,但其输出特性相对偏软,负载动态响应速度慢,变工况环境适应性差。DC/DC变换器可以弥补燃料电池系统的上述缺点,能够对其输出的低电压进行升压和稳压调节,从而实现对整车能量流动的控制,是FCEV的关键零部件之一。本文首先结合FCEV用DC/DC变换器的发展趋势,为了提高变换器的转换效率和能量利用率,选择了非隔离交错并联Boost电路拓扑结构,对此类拓扑的纹波进行了深入分析,最终选择两相交错并联拓扑作为本文研究的变换器结构方案,并对其工作模式作了研究。然后,对该变换器的控制策略进行了重点研究,通过小信号分析法,将非线性的变换器系统转换为线性的数学模型,确定了变换器的开环传递函数。结合经典PI控制算法对系统进行优化设计,取输出电压和电感电流作为闭环反馈信号进行双闭环补偿网络的设计。根据应用场合和功率需求,计算并选型了可以在高频高压高温下工作的SiC功率器件和输入输出滤波电容,设计了集成电感,并基于理论计算设计了软硬件,为新型SiC模块设计了相应的驱动电路,试制了一台基于DSP控制的功率级为24k W的两相交错并联Boost变换器样机。本论文构建了基于Si和SiC两种功率器件的仿真模型,估算在不同负载和不同频率下变换器的功率损耗和效率,进行两者的比较分析,通过仿真结果可以看出新型SiC功率器件能够显著提高变换器的转换效率,所设计的变换器达到了良好的动态响应特性以及稳定性。最后通过样机试验对变换器的控制策略进行了验证,在25k Hz的频率下完成了PWM脉冲驱动信号的测试,证明了DC/DC变换器双闭环控制策略在实际应用中工作的有效性。
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