基于太陽能和燃料電池的混合動力汽車性能分析

基于太陽能和燃料電池的混合動力汽車性能分析

推廣電動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，即可實現(xiàn)“汽車零排放”。對此，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力拓撲結(jié)構(gòu)，并利用雙向直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)兩種能量供應(yīng)系統(tǒng)的協(xié)同工作，以滿足汽車加速時的功率需求和制動時對能量進行回收。

在設(shè)計的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池的混合動力拓撲結(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)化為電能存儲在能源存儲系統(tǒng)中，用來滿足汽車穩(wěn)態(tài)行駛的功率需求。采用的能量存儲系統(tǒng)為鉛酸電池，電池正極材料為氧化鉛，負極材料為鉛，電解質(zhì)溶液為硫酸。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對鉛酸電池進行充電時，輸出電壓必須高于鉛酸電池的當時電壓，否則輸出電流接近于0，無法充電。因此，采用了功率點追蹤控制算法對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制，使光伏發(fā)電系統(tǒng)以最大功率輸出對鉛酸電池進行充電。采用永磁同步電機作為汽車的牽引電機，與其它電機相比，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)動永磁同步電機工作時，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，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器在升壓模式下工作。再生制動系統(tǒng)對制動能量進行回收，并利用回收的能量對鉛酸電池進行充電，此時雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器在降壓模式下工作。基于Matlab/Simulink對混合動力拓撲結(jié)構(gòu)和雙向DC/ DC轉(zhuǎn)換器進行仿真。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的標準環(huán)境中。結(jié)果顯示：混合動力拓撲結(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，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的使用還提高了汽車的經(jīng)濟性。

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

編譯：李臣