特种车辆供配电控制系统能量管理策略研究

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随着储能技术和电力电子技术的不断发展,混合动力特种车辆和全电特种车辆逐步地应用于军事领域。随着特种车辆武器装备电气化的广泛应用,车辆电气负载的电压、功率等级逐步升高。这使得车辆对与供配电电源的功率和电压等级的需求逐步升高。传统的低电压、小功率的车辆供配电系统已经无法满足电气负载日益增多的需求。另一方面,车辆的供配电电源的种类也从单一的车辆发电机供配电发展到现在的发电机、蓄电池、超级电容复合供配电的模式。随着车辆供配电系统日新月异的发展,它的结构也变得越来越复杂。能否实现对包含复合电源的供配电系统进行稳定可靠的供配电控制,保障车辆电气负载的安全可靠运行是混合动力车辆电气系统的关键问题。对复合电源控制系统进行高效的能量管理,提高车辆电能利用率成为了当前车辆供配电控制系统中广泛研究的热点问题。本文对特种车辆供配电控制系统能量管理策略进行研究,主要研究内容如下:
  本文首先研究了特种车辆供配电控制系统的结构和工作原理。研究了供配电控制系统中能量存储系统、双向DC/DC变换器、充电和放电控制器,建立了数学模型。接着,深入研究系统中的复合电源控制器。完成对其硬件电路设计以及控制软件的设计,包括关键器件的选型、核心控制电路、IGBT驱动电路、供电电路、模拟量采集电路以及初始化程序、中断程序、升降压模式切换程序的软硬部分设计。再后,提出一种基于动态规划方法的车辆能量管理策略,对其中的状态变量、控制变量、目标函数、约束条件等内容进行设计,并通过进行能量管理策略仿真实验验证算法的有效性。
  最后,搭建了半实物仿真实验平台,仿真实验本文所设计的复合电源控制系统及车辆供配电能量管理策略。搭建复合电源控制器样机,并进行样机实验。实验结果表明,本文所设计的复合电源控制器能够实现对特种车辆供配电系统的准确控制,提供的电压等级能够满足系统要求。在复合电源控制器样机的基础上,采用本文所提出的车辆供配电能量管理策略,进行实验验证。令车辆在循环标准工况下对半实物硬件在环系统进行仿真测试,分析仿真中蓄电池以及超级电容的各项参数值,证明本文提出方法的有效性。
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