DC-DC特性對能量回收影響研究

周夢淵

江蘇大學汽車學院 212013

DC-DC特性對能量回收影響研究

周夢淵

江蘇大學汽車學院 212013

以饋能性半主動懸架系統為研究對象，研究饋能電路中DC-DC變換器對饋能性半主動懸架系統能量回收影響，搭建饋能性半主動懸架動力學模型以及饋能電路模型，試驗分析了DC-DC變換器開關頻率對懸架能量回收效率的影響。試驗結果顯示，對著開關頻率的增加，超級電容能量回收先增大，后減小。

DC-DC；饋能；試驗

一、前言

節能減排是目前世界最為關注的主題之一，也是國內外專家學者的研究熱點。目前國內外針對車輛饋能研究主要包括發動機能量回收，制動能量回收和振動能量回收，其中懸架饋能作為振動能量回收的一個研究方向收到國內外學的重點關注。

在饋能懸架能量回收系統研究過程中，DC/DC變換器作為回收電路重要組成部分受了更多學者的關注，且其開關信號頻率的大小及占空比、超級電容初始端電壓等對饋能回路的效率有重要的影響。因此對DC/DC變換器工作特性的研究，有助于提高饋能回路的效率，最終達到降低車輛油耗的目的。本文基于DC/DC特性，分析其開關頻率對懸架饋能效率的影響。

二、DC/DC變換器特性的理論研究

本文以Boost工作模式為對象進行介紹，其簡化模型如圖1所示。其中，R為電機繞組的等效內阻，UM為整流器整流后的電機輸出端電壓。

圖1 Boost電路簡化模型

假設變換器在CCM模式下工作，一個開關周期內的占空比為D，則電流平均值為：

當VF閉合時，形成閉合回路I如圖2所示。

圖2 閉合回路I

電感匝數:

式中：Ae為鐵心的截面積；B為鐵心中的磁通密度；I為一個周期內電感中的平均電流；f為開關頻率；Ae和B為常數。

AW為磁芯繞組窗口面積；Ku為磁芯窗口填充系數；ρ為導線的電阻率；l為線圈每匝的長度。

三、試驗研究

基于Boost型直流升壓變換器，分別對恒定直流（12.923V）進行了試驗研究。電阻R的值為10.4Ω，MOS管的型號為IRFP260N。超級電容端電壓及驅動頻率對能量回收試驗的驅動電壓由信號發生器提供。選用12個單體電壓為2.7V，100F的超級電容串聯的電容組。超級電容模式切換控制單元硬件基于dSPACE,軟件ControlDesk實現與simulink的無縫銜接，將simulink控制模型直接導入dSPACE實現超級電容的模式切換控制

對占空比為30%、50%和70%三種開關信號進行了試驗研究，分析了能量回收效率隨開關頻率增加的變化規律，為理想開關頻率的選取提供了依據。直流時，超級電容的初始端電壓在12.97～12.98V之間選取，不同頻率點的實驗時間為10s。試驗結果如圖11所示。

圖1 能量回收與開關頻率關系

隨著開關頻率的增加，超級電容回收能量的大小逐漸增大，在2kHz～80kHz之間保持相對穩定，80kHz后漸近線斜率小于-1，超級電容回收的能量急劇下降。考慮開關頻率對電感體積的影響，以及頻率在10Hz～9kHz范圍內MOS管的工作噪聲較大，開關頻率選擇20kHz。

四、結論

振動能量回收效率隨開關信號頻率的增大而先增大后減小，其中，最優開關頻率為20kHz，該研究為懸架振動能量回收系統的設計提供了理論依據。參考文獻

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