【正文】 小值，則電容不能對(duì)外放電，放電功率為 O。 (5)因超級(jí)電容自身存在的自放電現(xiàn)象，有可能使超級(jí)電容電量過低，不能提供汽車啟動(dòng)所需功率，此時(shí)需要輔助電池給超級(jí)電容充電。DSP 系統(tǒng)的初始化主要完成 DSP 系統(tǒng)控制(包括系統(tǒng)時(shí)鐘，看門狗設(shè)置等)，事件管理器(EVA 和 EVB)初始化，I/O 端口的初始化，ADC 模塊初始化，CAN 模塊初始化以及寄存器、常量、變量定義及賦初值等工作。圖 互補(bǔ) DPWM 脈沖4. 5 硬件電路設(shè)計(jì)4. 5. 1 電壓電流檢測(cè)電路為了滿足系統(tǒng)輸出控制精度和電壓紋波要求，AD 采樣器的最小分辨率應(yīng)小于系統(tǒng)的允許電壓紋波，采用 IR2175 可以避免解決 AD 轉(zhuǎn)換器位數(shù)不高引起的誤差。圖 給出了電流檢測(cè)電路，圖 給出了電壓檢測(cè)電路。圖 IGBT 驅(qū)動(dòng)原理圖該驅(qū)動(dòng)電路最大可驅(qū)動(dòng) IGBT(300A/ 1200V 或 600A/600V)一只單管大功率IGBT 模塊。電路應(yīng)用非門芯片 74LVC04 作為電平轉(zhuǎn)換器，以實(shí)與 F2812 的信號(hào)連接。(3)采用 MGSOJ2YS45 作為功率開關(guān)器件，搭建了一個(gè)基于 DSP 控制復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研制了集采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、多路隔離電源為一體的驅(qū)動(dòng)電路，仿真研究有效地驗(yàn)證了系統(tǒng)控制方案的有效性和可行性。正是老師的悉心指導(dǎo)才使得我能夠順利完成學(xué)業(yè)。(2)設(shè)計(jì)了三相交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的雙向變換器，仿真結(jié)果顯示此類拓?fù)湟子趯?shí)現(xiàn)大功率，并且改善輸出電壓質(zhì)量。DSP 電源原理圖如圖 所示。采用厚膜專用驅(qū)動(dòng)芯片 M57962，可按默認(rèn)值直接使用，也可根據(jù)需要調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間、軟關(guān)斷的速度、故障后再次啟動(dòng)的時(shí)間。(4) IR2175 采用 PWM 數(shù)字信號(hào)輸出，并用自舉電源取代了專用輔助電源，從而有效減小了器件尺寸，減少了零件數(shù)目。當(dāng)故障報(bào)警時(shí)，POPINT 引腳被拉為低電平，DSP 內(nèi)部定時(shí)器立即停止工作，所有 PWM 輸出呈高阻態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生停止保護(hù)信號(hào)，此時(shí)從寄存器中取出地址，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)退出子程序，回到主程序。一旦中斷發(fā)生，DSP 自動(dòng)執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，中斷處理子程序用來完成閉環(huán)給定值的計(jì)算、PI 控制、PWM 輸出。 (3)車載電子系統(tǒng)由鎳氫電池單獨(dú)提供電，鎳氫電池在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)進(jìn)行充電。當(dāng)車輛制動(dòng)或下坡行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)模式，再生能量通過功率變換器為超級(jí)電容充電。圖 電壓閉環(huán)等效結(jié)構(gòu)圖電壓調(diào)節(jié)器，VR 為 P1 壞節(jié)，傳遞函數(shù)為電壓開環(huán)傳遞函數(shù):電壓閉環(huán)傳遞函數(shù): 由于被控對(duì)象是一階慣性環(huán)節(jié)，閉環(huán)系統(tǒng)等效為二階模型，當(dāng) Kv，二 0 時(shí)電壓環(huán)的相角穩(wěn)定裕量接近 90 度，系統(tǒng)響應(yīng)快，電流跟蹤能力強(qiáng)。 (3) DSP 的主要功能如下:1)產(chǎn)生 PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào):用于對(duì)雙向變換電路中 IGBT 的驅(qū)動(dòng)。5) 3 個(gè) 32 位的 CPU 定時(shí)器。硬件乘法器可以完成 32 位 x32 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼乘法運(yùn)算，獲得 64 位的乘積。圖 數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 (1) DSP 芯片介紹在全數(shù)字化電機(jī)控制系統(tǒng)中，高性能控制芯片是至關(guān)重要的，現(xiàn)代電機(jī)控制中應(yīng)用的復(fù)雜的控制算法和豐富控制功能的實(shí)現(xiàn)都依賴于一個(gè)強(qiáng)大的微處理器，目前，采用 DSP 實(shí)現(xiàn)高性能的電機(jī)控制己經(jīng)是業(yè)界的主流。a)輸出電壓波形 b)輸入電流波形C)輸出電流波形圖 輸出電壓、電流和輸入電流仿真曲線由圖 , 可得，電感電流脈動(dòng)量為 480A，三相交錯(cuò)結(jié)構(gòu)總電流脈動(dòng)量為 150A。根據(jù)不同的負(fù)載狀態(tài)，頻率的變化是使電感電流波動(dòng)達(dá)到最小的手段。如果過渡時(shí)間短于理想的死區(qū)時(shí)間，那么該節(jié)點(diǎn)電壓尚未下降到零，開關(guān) S10 將產(chǎn)生電容開關(guān)損耗。當(dāng) t2 時(shí)刻，節(jié)點(diǎn) X 電壓降為零，電感電流繼續(xù)流經(jīng)二極管 D11 , S11 的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)是高電平，此時(shí) S11 是零電壓開啟。 () () 當(dāng)電感給電容 和 進(jìn)行充放時(shí)，電感可看作是一個(gè)恒流源。 如果將電感大小按照()式設(shè)計(jì)，電感電流將在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)正向和反向的兩個(gè)方向流動(dòng)，從而連續(xù)導(dǎo)通模式是可以避免的。并且擬在主電路結(jié)構(gòu)中引入軟開關(guān)技術(shù)，以減小功率器件的開關(guān)損耗，提高功率變換器的效率圖 提出的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 隔行交錯(cuò)的三相雙向 DC/DC 變換器，其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是在電源巧和勝之間接入三個(gè)相同的基本變換電路，當(dāng)功率器件 S1S12 、S1DDD30 工作時(shí)，SSSD1D2D31 停止，為正向升壓功率流模式。由式()可知，此時(shí)超級(jí)電容器內(nèi)部的電容電壓 Uc(t)值還比較大，即相當(dāng)于超級(jí)電容器儲(chǔ)存的大部分能量并沒有釋放出來，這表明等效串聯(lián)電阻 RES的存在影響了超級(jí)電容器的功率輸出，降低了超級(jí)電容器的有效儲(chǔ)能。組合充電，采用靈活的組合充電方式，在低壓時(shí)采用大電流恒流充電，隨著超級(jí)電容器端電壓升高改變?yōu)檫f減恒流充電或恒壓限流等充電方式，直至超級(jí)電容器的最高額定電壓.超級(jí)電容器充電電流的選擇原則:滿足系統(tǒng)時(shí)間要求的條件下，充電能效越高越好。充放電時(shí)電流流經(jīng) RES，會(huì)產(chǎn)生能耗并引起超級(jí)電容器發(fā)熱。超級(jí)電容器的容量很大，可達(dá)法拉級(jí)甚至數(shù)千法拉。由于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)或燃油發(fā)電機(jī)在最大效率區(qū)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，輸出功率相對(duì)穩(wěn)定，燃油(汽油或柴油)提供了 HEV 運(yùn)行所需的大部分能量來源，而動(dòng)力電池對(duì)穩(wěn)定，燃油(汽油或柴油)提供了 HEV 運(yùn)行所需的大部分能量來源，而動(dòng)力電池能量，要求具有經(jīng)常性瞬時(shí)放電或充電能力，因此 HEV 需具有適當(dāng)能量的高功率電池或超高功率電池，相對(duì)而言，對(duì)其容量的要求卻不高，另外，電池放電循環(huán)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 EV 電池，一般要求循環(huán)壽命指標(biāo)在 30 萬次。 (5)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能在一定濕度下正常工作，抗振動(dòng)沖擊性能好。 (2)分析比較各種雙向 DC/DC 變換器的工作特性，確定選用電流雙象限電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析其工作原理，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)主要元件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (7)超級(jí)電容器徹底免維護(hù)，工作溫度范圍寬(4050℃ )，容量變化小，鉛酸電池電動(dòng)汽車在40℃時(shí)，續(xù)駛里程減少 90%，超級(jí)電容器只減少 10%。其它儲(chǔ)能設(shè)備都是由電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，再由化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，二次轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致能量損失。第 62 屆漢諾威商用車展反映出一種明顯趨勢(shì)，歐洲的客車和卡車生產(chǎn)商已將目光聚焦在混合動(dòng)力技術(shù)上。回饋制動(dòng)能夠回收的慣性能量在不同類型的汽車和不同的運(yùn)行工況中差別很大，對(duì)于城市公交車來說，在城市交通中有頻繁的制動(dòng)、啟動(dòng)，屬于可回收慣性能量較多的工況，大型載客車制動(dòng)時(shí)消耗的慣性能量可達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出總能量的 59%，理論上可以回收的能量約占發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的總能量的 54%。當(dāng)電壓不夠時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)給電池組充電以維持一定的電量，而不需要像純電動(dòng)汽車一樣從外部充電。本課題研究的以超級(jí)電容為主的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)新穎，這種能量存儲(chǔ)裝置的研究在混合動(dòng)力汽車的應(yīng)用中將是一種趨勢(shì)。摘要混合動(dòng)力汽車最大的優(yōu)點(diǎn)是可以利用車載電能儲(chǔ)存裝置對(duì)整車制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能加以回收。并對(duì)系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換單元的工作狀態(tài)進(jìn)行了仿真研究，有效地驗(yàn)證了系統(tǒng)控制方案的有效性和可行性。正常行駛狀態(tài)中，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛，并把多余的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來。這樣不僅僅能量效率增加了，而且車輛能夠通過再生制動(dòng)在它減速時(shí)重新回收加速時(shí)付出的能量，提高汽車的行駛里程。諸多新能源汽車解決方案中，成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的只有混合動(dòng)力汽車。與其他儲(chǔ)能設(shè)備相比，超級(jí)電容器具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)： (1)超級(jí)電容器在充放電過程中，能量形式?jīng)]有發(fā)生轉(zhuǎn)變。 (6)超級(jí)電容器充放電效率高，達(dá) 95%以上，化學(xué)電池的充放電效率低，約為 70%，超級(jí)電容器可以充電至其額定值以內(nèi)的任何電壓，并且可以完全放電后再存儲(chǔ)電能而不損壞，電池組如果過度放電就會(huì)永久損壞。指出復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)方案對(duì)于混合動(dòng)力汽車電池的保護(hù)和提高制動(dòng)回收能力方面所具有的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比多種主輔儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定一種合理的方案，能充分發(fā)揮兩種能源各自的優(yōu)勢(shì)。 (4)循環(huán)次數(shù)高，使用壽命長(zhǎng)。相對(duì)于純電動(dòng)汽車(EV)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)對(duì)電源的要求有所區(qū)別。本章為簡(jiǎn)化分析過程，對(duì)超級(jí)電容器的特性分析都是在理想條件的前提下進(jìn)行的，與超級(jí)電容器一致性相關(guān)的串、并聯(lián)均壓?jiǎn)栴}、電荷平衡問題本文均不涉及，可參閱相關(guān)文獻(xiàn)。超級(jí)電容器經(jīng)典電路模型如圖 所示，由于 RES的存在，充、放電過程中能效不再為 1。脈沖充電，由于超級(jí)電容器具有可以瞬間快速吸收功率特性，能夠平滑高峰脈沖功率，再生制動(dòng)過程中，通常以脈沖充電的方式吸收回饋能量進(jìn)行儲(chǔ)能。當(dāng)超級(jí)電容器大電流放電時(shí)，R ES壓降較大，如果檢測(cè)到超級(jí)電容器輸出端電壓 U(t)下降為其規(guī)定下限值時(shí)，則超級(jí)電容器停止放電運(yùn)行。由于儲(chǔ)能電感是在大功率雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器其中一個(gè)關(guān)鍵部分，占去系統(tǒng)的主要體積和重量，在兼顧儲(chǔ)能電感的體積、重量和系統(tǒng)輸出功率的前提下，將主電路設(shè)計(jì)成隔行交錯(cuò)的三相雙向 DC/DC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖 所示，這樣會(huì)使輸出電壓的紋波減小，從而改進(jìn)電能的輸出質(zhì)量?？刂菩蛙涢_關(guān)可用于交叉三相雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，只要死區(qū)時(shí)間得到調(diào)整，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)載的變化，就可以減少開關(guān)損耗。它應(yīng)滿足不等式()及(()，此外，死區(qū)時(shí)間不希望過大。理想的死區(qū)時(shí)間 t11 必須足夠長(zhǎng)，使節(jié)點(diǎn) X 電壓下降到零。T10 是理想的死區(qū)時(shí)間。在反向電感電流峰值 I 決定理想的死區(qū)時(shí)間長(zhǎng)度。a)三路電感電流b)節(jié)點(diǎn) Xl 電壓圖 電感