固體氧化物燃料電池-鋰電池混合能量管理研究.pdf

1、 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research on Energy Management of Solid Oxide Fuel Cell /Lithium Battery Hybrid Power System Candidate : Xu Yang Major

2、 : Control Engineering Supervisor : Prof.Li Xi Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074, P. R. China May, 2016 華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 摘 要 世界正面臨著環(huán)境的惡化,人們普遍認為化石燃料的燃燒是其中的一大主要原因。采用清潔能源取代化石燃料成為研究人員和世界各國

3、政府關注的重點。固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)以碳氫化合物為燃料,經(jīng)電化學反應產(chǎn)生電能,反應物為水和二氧化碳,是未來很有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?有必要對其進行研究。但 SOFC 存在電能輸出動態(tài)響應慢的問題,負載功率突增會威脅 SOFC 的安全運行。鑒于此,本文采用固體氧化物燃料電池/鋰電池混合能量結(jié)構(gòu),以鋰電池作為能量緩沖單元,保證負載功率突增時 SOFC 能夠安全和穩(wěn)定地運行。 本文 SOFC

4、/鋰電池混合能量系統(tǒng)采用的總體結(jié)構(gòu)為 SOFC 輸出經(jīng)一級升壓 DC/DC變換器將SOFC輸出不穩(wěn)定的低電壓升壓至穩(wěn)定的直流母線電壓,鋰電池經(jīng)雙向DC/DC變換器并聯(lián)到 SOFC 升壓變換器輸出端,負載與直流母線連接。本文首先根據(jù)雙向DC/DC 的平均開關模型,推導出占空比到電感輸入電流、電感輸入電流到鋰電池充電電壓、占空比到電感輸出電流、電感輸出電流到直流母線電壓的傳遞函數(shù),設計了變換器工作在 Buck 放電模式和 Boost 充電模

5、式的離散 PI 控制器,精確控制鋰電池吸收和釋放能量。然后為了使鋰電池一直工作在正常范圍內(nèi),本文采用帶卡爾曼濾波修正初始 SOC 值結(jié)合安時積分的方法估計鋰電池的荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)。能量管理策略為,SOFC 承擔負載功率中的平均分量,鋰電池承擔負載功率的其余分量。最后,在實驗室里采用可控開關電源模擬 SOFC 的電能輸出,以周期性功率變化的海洋浮標負載為測試條件,證明了本文方法在保證 SOFC 安全、穩(wěn)定