電力電子技術(shù)論文

1、電力電子技術(shù)論文姓名：電力電子技術(shù)在太陽能電動汽車中的應(yīng)用摘要：進入21世紀(jì)以來，電動汽車得到了廣泛青睞，它具有綠色節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，并且對于城市環(huán)境改善具有深遠意義，是一個值得長期研究的汽車產(chǎn)品種類，現(xiàn)在將電力電子技術(shù)引入到電動汽車當(dāng)中，這對于雙方面的應(yīng)用價值無疑是一種考量，具有很高的研究價值。關(guān)鍵詞：太陽能；電動汽車；電力電子技術(shù)；電路設(shè)計電力電子技術(shù)主要作用于大功率電能的轉(zhuǎn)換與控制，該技術(shù)結(jié)合了電子、控制、電能轉(zhuǎn)換器件這三個部分，當(dāng)前電力電子裝置應(yīng)用非常普遍，例如在一些需要大功率電能來維持運行的設(shè)備當(dāng)中，都可以輕易發(fā)現(xiàn)電力電子技術(shù)的身影?，F(xiàn)階段對于電力電子技術(shù)的研究大體分為三個方向，首先是

2、變換器拓?fù)溟_關(guān)、電路仿真建模、電路控制等方面，此外在電子設(shè)計中，還能夠作用于半導(dǎo)體器件的模型建立、測試工作以及仿真加工等，電力電子技術(shù)還可以應(yīng)用于工控領(lǐng)域。自20世紀(jì)以來，汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車也已走進千家萬戶。然而，隨著汽車保有量的急劇攀升，汽車帶給地球的能源緊張和大氣污染都日益明顯地體現(xiàn)在人類的普通生活之中。如何緩解能源的供需矛盾、改善日益嚴(yán)峻的環(huán)境狀況，已經(jīng)成為各國科學(xué)家和有識之士不斷探索的課題。太陽能是可再生、可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略能源。當(dāng)華爾街風(fēng)暴席卷全球時，各先進技術(shù)國家無不在新能 太陽能電動車源領(lǐng)域下賭注、投資本，以期獲得經(jīng)濟復(fù)興。特別是以汽車產(chǎn)業(yè)為經(jīng)濟支柱的國家，尤其在新能源汽車動

3、力上力圖有所創(chuàng)新和發(fā)展，如在電動汽車、燃料電池汽車領(lǐng)域紛紛投入巨資，而在太陽能汽車領(lǐng)域更是探索不止，力度加大。由于太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用，屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)。光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進行光電轉(zhuǎn)換的，因此也稱太陽能光伏技術(shù)，又稱太陽能光伏電池。陽光照射電池陣列時，產(chǎn)生光生電流。能量(電流)通過峰值功率跟蹤器被直接傳送到電機控制器中，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，使車輛行駛。剩余電量由蓄電池儲存起來，以便太陽電池板電量不足或陰雨天氣時驅(qū)動電機。這一過程由控制器控制。車輛的啟動、加速、轉(zhuǎn)向、制動由駕駛員操縱。太陽能電動汽車的工作原理如

4、下：光照射在電池板上產(chǎn)生電流，通過峰值功率跟蹤儀以 及蓄電池的充電控制器輸送至蓄電池存儲或直接送給電動機工作。當(dāng)太陽能車在行駛過程 中，如果日照條件比較好或光照條件不佳的話，太陽能車將使用蓄電池中存儲的電能和太陽 能電池產(chǎn)生的電能共同驅(qū)動電機工作；太陽能車停止時，電能全部用于蓄電池存儲。太陽能電池是一種對光有響應(yīng)并能將光轉(zhuǎn)換成電力的器件裝置。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、硒銦銅等，它們的發(fā)電原理基本相同。以晶體為例：P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太陽能電池陣列板的表面時，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給了硅原子，使電子產(chǎn)生了躍

5、遷，成為自由電子，在P-N結(jié)兩側(cè)集驟形成了電位差，當(dāng)外部電路接通時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路，從而產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。太陽能陣列電池板是由光敏半導(dǎo)體材料制成的，大多使用硅化合物。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池板可分為：硅太陽能電池；以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、硒銦銅等多元化合物為材料的電池；功能高分子材料制備的太陽能電池；和納米晶太陽能電池等。不論以何種材料來制作電池，對太陽能電池材料一般的要求有：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身對環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定。基于以上幾個方

6、面考慮，硅是最理想的太陽能電池材料，這也是太陽能電池板以硅材料為主的主要原因。太陽能電池組件是供電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能供電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能組件中的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽能控制器的作用是管理和控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到充電保護、過放電保護的作用，與純電動汽車的電動源控制管理系統(tǒng)具有相同的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ?。其它附加功能如光控、時控等應(yīng)當(dāng)都是控制器的可選項。蓄電池的作用是在有光照時將太陽能電池組件所提供出的電能儲存起來，到需要的

7、時候再釋放出來。太陽能電池組件是由單個光伏電池拼接組成，或由折疊式支架拼接組成陣列。因為單個光伏電池（如硅電池）的電壓太低，所以都要把它們串、并聯(lián)構(gòu)成有實用價值的光伏電池板，陣列成一個應(yīng)用單元，然后根據(jù)供電要求，再由多個應(yīng)用單元的串、并聯(lián)組成整個太陽能光伏電池板的供電組件。蓄電池組是太陽能光伏電池的儲能裝置，在夜間或光照不足及負(fù)載消耗超出光伏電池的發(fā)電量時，由蓄電池組向負(fù)載供電。為了減輕整個系統(tǒng)的重量，應(yīng)采用高能蓄電池組。當(dāng)太陽能電池板產(chǎn)生電能，與控制裝置和儲能裝置連接后，再由另一端連接負(fù)載，負(fù)載就是電動汽車的電動機（驅(qū)動裝置）。一般在電動車運行時，被轉(zhuǎn)換的太陽光能通過控制裝置直運送到負(fù)載，而

8、在停駛或太陽光足時，剩余部分的電能向蓄電池充電并儲存起來，當(dāng)太陽光不足時，由太陽能光伏電池和蓄電池同時向負(fù)載供電；當(dāng)汽車減速或剎車時，還應(yīng)設(shè)計“回授性制動裝置”，將電能量通過控制器，將發(fā)動機變成發(fā)電機，反向進入蓄電池進行儲存。用互補式不間斷供電技術(shù)，改變嚴(yán)重依賴天氣的缺陷，完善電動車的性能。其中IF640N的門極與驅(qū)動電路的1號引腳相連，R9左端引腳和TL494的誤差放大器2的反相輸入端相連，R1和R2引腳之間的引腳和TL494的同相輸入端相連。假設(shè)一個周期內(nèi)電力MOS管的導(dǎo)通時間為，關(guān)短時間為，輸入端為理想電壓源，電壓為，假設(shè)電路開始工作時，MOS管進入關(guān)斷狀態(tài)。取為此階段電阻R支路的電流，

9、 為電容C支路的電流，流經(jīng)電感的電流為，電阻R的端電壓為，則有：聯(lián)立以上各式的為：解得：到電力MOS管開通時，電容C的端電壓為，電感電流為： 當(dāng)MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電容對負(fù)載供電，電感與電源短接電流迅速增大：對于電容側(cè)有：解得： 對于電感側(cè)，取為電感回路的總電阻則有：則當(dāng)經(jīng)過時間后電容和電感的分別為，當(dāng)電力MOS管第二次處于關(guān)斷時其輸出電壓和電感電流為：根據(jù)以上推導(dǎo)可知根據(jù)，可得，的表達式，通過分析易知當(dāng)時boost斬波電路輸出電壓的波形已經(jīng)趨緊穩(wěn)定。通過對一個周期內(nèi)對輸出電壓的積分可得 由，故 假設(shè)電路經(jīng)過過渡期進入穩(wěn)定狀態(tài)，電感足夠大使的電感電流波動很小，輸入端電壓為，輸出端電壓為，則

10、在一個工作周期內(nèi)，電感存儲的能量等于釋放的能量。電力MOS管導(dǎo)通時，電感存儲的能量為：，電力MMOS關(guān)斷時電感釋放的能量為：，根據(jù)以上分析有：解得由可得本斬波電路的開關(guān)頻率由TL494的5,6號引腳連接的電感電容決定，頻率為：，通過調(diào)節(jié)的阻值可以調(diào)節(jié)電力MOS管的開關(guān)頻率。本電路通過反饋來調(diào)節(jié)占空比，電壓反饋從和的中點引出，電路開始工作時，占空比由于軟開關(guān)電路的影響漸漸變大，直到輸出電壓達到目標(biāo)為止。通過調(diào)節(jié)阻值的大小，可以調(diào)節(jié)boost電路的占空比，進而調(diào)節(jié)輸出電壓。IR2110的輸入電壓有整流電路通過和分壓后引入，到驅(qū)動電路輸出不能滿足要求時，通過調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)輸入電壓。TL494的輸出信號經(jīng)

11、和分壓后接到IR2110的低端電壓輸入端，當(dāng)驅(qū)動電路輸入信號不滿足要求時，調(diào)節(jié)電阻。電動汽車整車總體設(shè)計主要有如下：確立整車設(shè)計目標(biāo)、整車參數(shù)、底盤三維參數(shù)布置 設(shè)計、車身設(shè)計和整車性能計算。其中底盤三維參數(shù)布置設(shè)計包括蓄電池布置設(shè)計、電機及控制系統(tǒng)布置設(shè)計、轉(zhuǎn)向系布置設(shè)計、傳動系布置設(shè)計、車身線路布置設(shè)計、制動系布置設(shè)計。太陽能電動汽車的動力性能主要取決于動力系統(tǒng)參數(shù)匹配(包括動力源、驅(qū)動電機、控 制器、變速器等)以及控制策略和各部件的特性等。太陽能電池工程應(yīng)用主要參數(shù)有許多，主要涉及到了開路電壓、短路電流、峰值功率、最大功率時的電壓和最大功率時的電流。人類社會進入到嶄新的21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，社會進步也進入到一個前所未有的新階段。