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1、大连理工大学电气系硕士学位论文答辩报告 姓名：扈焕江姓名：扈焕江 导师：陈希有导师：陈希有 教授教授 专业：电工理论与新技术专业：电工理论与新技术2009-06-25 1研究对象研究对象燃料电池发电系统论文题目论文题目燃料电池发电系统DC-DC变换器及缓冲器的设计设计内容设计内容DC-DC变换器、缓冲器2报告内容 为什么 做什么 怎么做 结果怎么样 进一步怎么做3 为什么课题背景越狱事件 全球性的新能源计划美国电视剧越狱4传统能源（火电）的主要问题传统能源（火电）的主要问题效率低，利用率低污染严重面临能源危机破坏生态平衡 全球性的三大危机全球性的三大危机能源危机：石油和煤可再采45和164年环
2、境污染：火电污染约占40 生态破坏：气温以每年0.6摄氏度升高 为什么课题背景-开发高效清洁的新能源（太阳能、风能、燃料电池等）5 为什么燃料电池简介燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后的第四代发电装置和替代内燃机的动力装置高效、清洁、无污染、环境友好高效、清洁、无污染、环境友好化学能化学能 电能电能 电化学反应手机电池 备用电源 奥运客车发电站直接转化6 为什么燃料电池发电系统结构？燃料电池输出电能变换器要求做什么7！不能直接接用电设备，必须采用变换器改善其输出特性 做什么燃料电池输出特性 V-IV-I曲线：曲线：比较软，电压变化比较大 电压比较低，一般为几十伏 P-IP-I曲线：曲线：最
3、大功率点跟踪问题8航空静止变换器：114V交流家用：220V交流输出电压：单个为0.6V左右电池堆为几十伏燃料电池特性 做什么变换器要求1实际应用变换器的要求升压电压变换比较大需稳定的直流电压稳压电池堆输出电流纹波影响燃料电池寿命输出电流纹波也变换器效率减小电池输出电流纹波减小电磁干扰电气绝缘和隔离DC-DCDC-DC变换器变换器9 做什么变换器要求2负载突变燃料电池设计工作在功率密度的最大值或低一点的值；动态响应较慢燃料电池特性实际应用变换器的要求跟踪最大功率点输出直流电交流负载逆变缓冲器缓冲器逆变器逆变器10燃料电池电能变换器的结构组成燃料电池电能变换器的结构组成单向DC-DC变换器基于蓄
4、电池或超级电容的缓冲器（辅助电源和双向变换器）逆变器 做什么电能变换器结构？怎么分析设计单向DC-DC变换器和缓冲器11 怎么做-（单向DC-DC1）推挽正激1推挽变换器推挽变换器 推挽正激变换器推挽正激变换器加一个钳位电容正激变换器：需引入磁复位电路，变压器单向励磁，开关管电压应力大推挽变换器：存在变压器偏磁，开关管关断时会出现高的电压尖峰钳位电容的作用：钳位电容的作用：抑制电压尖峰和变压器偏磁，减小输入电流波动！正是钳位电容的引入，使推挽正激变换器具有更大优点12 怎么做-（单向DC-DC2）推挽正激2状态1：导通，关断状态3：，关断状态2：，导通关断，两个开关管交替导通，无论哪一个导通，
5、钳位电容都将和其中一个原边绕组并联，并且电容的电压维持下正上负 工作波形13 怎么做-（单向DC-DC3）仿真分析输出电压和钳位电容电压 绕组电流和输入电流 绕组电压和开关管电压 14 怎么做-（单向DC-DC4）优点比较推挽变换器更低成本更低成本关断电压尖峰电流波动变压器偏磁存在偏磁存在偏磁有效抑制偏磁有效抑制偏磁正激变换器高频变压器开关管电压应力推挽正激变换器单向励磁单向励磁双向励磁双向励磁15 怎么做-（单向DC-DC5）控制方法电压型控制方法单环控制，设计简单动态响应慢稳定性较差电流型控制方法双环控制，设计复杂动态响应快稳定性好16 怎么做-（单向DC-DC6）间接电流控制1 间接电流
6、控制（ICMC）或 无传感器电流控制（SCMC）基于电感（变压器绕组）的电压积分，实现对电感电流的间接取样具有更好的抗干扰能力，动态响应等17 怎么做-（单向DC-DC7）间接电流控制2！间接电流控制方法适用于推挽正激变换器18 怎么做-（单向DC-DC8）控制性能分析 由控制系统开环传递函数得到波特图相角裕度：相角裕度：电压环波特图双环波特图19 怎么做-（单向DC-DC9）功能实现突变前D=0.410突变后D=0.436燃料电池DC-DC变换器的功能实现高频变压器引入钳位电容，减小了输入电流脉动20 怎么做-（单向DC-DC10）仿真分析PSIM仿真电路仿真波形21 怎么做-（缓冲器1）燃
7、料电池模型功率流动方向功率流动方向蓄电池或超级电容双向DC-DC变换器实现功率双向流动22 怎么做-（缓冲器2）双向变换器1 在燃料电池、太阳能电池等场合得到了广泛的应用在燃料电池、太阳能电池等场合得到了广泛的应用 Buck-boost双向DC-DC变换器结构简单、控制简单、成本低结构简单、控制简单、成本低电感电流波形电路原理图Buck状态Boost状态23 怎么做-（缓冲器3）最大功率点跟踪原理简单、实现方便、跟踪精度高 最大功率点跟踪算法-扰动观测法每个周期观测电池的输出功率，与上一周期比较。如果功率增加，则继续按上一周期的方向变动；如果功率减小，则改变变动方向，最终达到稳态24 怎么做-
8、（缓冲器4）仿真分析PSIM仿真电路和波形PSIM仿真电路仿真波形（电感电流和蓄电池电压）25 结果怎么样系统框图系统硬件主要包括直流电源、高频变压器、电压采样电路、IGBT驱动电路、DSP芯片等 26 结果怎么样硬件设计1直流电源设计高频变压器设计磁芯：铁氧体EE55/28/21 变比原边副边绕组：绕在EE型磁芯中柱 采用三相不可控整流电路27 结果怎么样硬件设计2驱动电路设计检测电路设计主芯片为HCPL-316J主芯片为HCNR200 28 结果怎么样软件设计电压采样设计主程序设计对两个原边绕组电压同时采样利用TMS320F2812 的事件管理器产生PWM信号29 结果怎么样装置照片直流电
9、源检测电路DSP和仿真器高频变压器二极管整流桥滤波电感、电容驱动电路30 结果怎么样实验结果实验参数：钳位电容电压 输出电压 变压器绕组电压 31 进一步怎么做结论与展望对推挽正激变换器，引入磁集成技术，将进一步减小输出电流纹波开展基于DSP的buck-boost双向DC-DC变换器的实验研究需进一步提高稳定性完成整体实验，使得系统各部分能协调稳定地工作燃料电池输出特性使得电能变换器十分重要燃料电池电能变换器应包括单向DC-DC变换器、缓冲器和逆变器 间接电流控制的推挽正激变换器在燃料电池场合有较大优势Buck-boost双向DC-DC变换器可用于最大功率点跟踪结结论论展展望望32总结燃料电池是一种优越的新能源，成为近年研究的热点设计燃料电池发电系统的DC-DC变换器和缓冲器DC-DC变换器：间接电流控制的推挽正激变换器缓冲器：buck-boost双向变换器实现最大功率点跟踪DC-DC变换器的实验结果和原理仿真分析基本一致改善设计，完成整体实验33发表论文1 一种用于燃料电池DC_AC变换器的设计与分析.电气应用（中文核心期刊）.2008年.2 间接电流控制式推挽正激电路的分析与设计.大连理工大学网络学刊.2009年34