基于太陽能和燃料電池的混合動(dòng)力汽車性能分析

基于太陽能和燃料電池的混合動(dòng)力汽車性能分析

推廣電動(dòng)汽車有利于解決能源短缺和環(huán)境污染，若采用太陽能、燃料電池等新能源就能夠滿足汽車功率需求，即可實(shí)現(xiàn)“汽車零排放”。對(duì)此，本文給出一種結(jié)合太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池的混合動(dòng)力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并利用雙向直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)兩種能量供應(yīng)系統(tǒng)的協(xié)同工作，以滿足汽車加速時(shí)的功率需求和制動(dòng)時(shí)對(duì)能量進(jìn)行回收。

在設(shè)計(jì)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池的混合動(dòng)力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，燃料電池作為輔助能源，主要在日光不可用或汽車進(jìn)行加速、上坡等需求功率較大的情況下使用。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)作為主要能源，將輻射的太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在能源存儲(chǔ)系統(tǒng)中，用來滿足汽車穩(wěn)態(tài)行駛的功率需求。采用的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)為鉛酸電池，電池正極材料為氧化鉛，負(fù)極材料為鉛，電解質(zhì)溶液為硫酸。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電時(shí)，輸出電壓必須高于鉛酸電池的當(dāng)時(shí)電壓，否則輸出電流接近于0，無法充電。因此，采用了功率點(diǎn)追蹤控制算法對(duì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，使光伏發(fā)電系統(tǒng)以最大功率輸出對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電。采用永磁同步電機(jī)作為汽車的牽引電機(jī)，與其它電機(jī)相比，其具有恒定的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩脈沖和諧波也較少，能保證起步平穩(wěn)。鉛酸電池驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)工作時(shí)，需要借助比例積分（PI）控制器或滑模控制器控制的直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器。該雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器具有升壓和降壓兩種工作模式。鉛酸電池放電時(shí)，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器在升壓模式下工作。再生制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收，并利用回收的能量對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電，此時(shí)雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器在降壓模式下工作?；贛atlab/Simulink對(duì)混合動(dòng)力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和雙向DC/ DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行仿真。選取城市駕駛循環(huán)工況，設(shè)定太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)處于溫度25℃、太陽輻射能1000W/m2的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中。結(jié)果顯示：混合動(dòng)力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠滿足汽車在城市條件下的功率需求，且具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。同時(shí)，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的使用還提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性。

Deepesh S kanchan et al. 2014AnnualInternational ConferenceonMagnetics，MachinesandDrives，Kottayam July 24-26，2014.

編譯：李臣