周夢淵

江蘇大學(xué)汽車學(xué)院 212013

DC-DC特性對能量回收影響研究

周夢淵

江蘇大學(xué)汽車學(xué)院 212013

以饋能性半主動懸架系統(tǒng)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(tǒng)能量回收影響，搭建饋能性半主動懸架動力學(xué)模型以及饋能電路模型，試驗分析了DC-DC變換器開關(guān)頻率對懸架能量回收效率的影響。試驗結(jié)果顯示，對著開關(guān)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(jié)能減排是目前世界最為關(guān)注的主題之一，也是國內(nèi)外專家學(xué)者的研究熱點。目前國內(nèi)外針對車輛饋能研究主要包括發(fā)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(nèi)外學(xué)的重點關(guān)注。

在饋能懸架能量回收系統(tǒng)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(xué)者的關(guān)注，且其開關(guān)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(guān)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(nèi)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(shè)變換器在CCM模式下工作，一個開關(guān)周期內(nèi)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(shù):

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(nèi)電感中的平均電流；f為開關(guān)頻率；Ae和B為常數(shù)。

AW為磁芯繞組窗口面積；Ku為磁芯窗口填充系數(shù)；ρ為導(dǎo)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(qū)動頻率對能量回收試驗的驅(qū)動電壓由信號發(fā)生器提供。選用12個單體電壓為2.7V，100F的超級電容串聯(lián)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(xiàn)與simulink的無縫銜接，將simulink控制模型直接導(dǎo)入dSPACE實現(xiàn)超級電容的模式切換控制

對占空比為30%、50%和70%三種開關(guān)信號進行了試驗研究，分析了能量回收效率隨開關(guān)頻率增加的變化規(guī)律，為理想開關(guān)頻率的選取提供了依據(jù)。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(jié)果如圖11所示。

圖1 能量回收與開關(guān)頻率關(guān)系

隨著開關(guān)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(wěn)定，80kHz后漸近線斜率小于-1，超級電容回收的能量急劇下降?？紤]開關(guān)頻率對電感體積的影響，以及頻率在10Hz～9kHz范圍內(nèi)MOS管的工作噪聲較大，開關(guān)頻率選擇20kHz。

四、結(jié)論

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

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