Možnosti akumulace elektrické energie v trakčních aplikacích

Abstract

Dizertační práce je zaměřena na studium řízení hybridního pohonu pro osobní automobily s ohledem na optimalizaci využití palubních energetických zdrojů. Cílem je návrh řídicího systému rekuperačního měniče pro řízení toku energie super-kapacitorem (Control the Flow of Energy). A návrh metody optimálního využití kapacity superkapacitoru hybridního pohonu v zá-vislosti na jízdním režimu osobních vozidel pro nezávislou trakci (Energy management). S tím souvisí analýza toku energie v hybridním pohonu a analýza jízdního režimu. V první části je rekuperační obvod měniče teoreticky analyzován a vytvořen linearizo-vaný matematický model rozložený na samostatné soustavy s jednotlivými signály. Ve stejno-směrné soustavě je řešena problematika spojení a tvrdosti zdrojů elektrického děliče výkonu a superkapacitoru a výsledkem rozboru je stanovení regulované veličiny, napětí meziobvodu Um. V soustavě s periodickým PWM signálem je podáno analytické řešení průběhu nabíjecího proudu superkapacitoru. V soustavě s harmonickým tlumeným kmitem je v matematickém mo-delu prokázána stabilita soustavy rekuperačního obvodu. Na výsledky kapitoly navazuje syn-téza regulačního procesu soustavy a parametrická optimalizace regulátoru a kvality regulač-ního pochodu. Ve strategii regulace hybridního pohonu je analýzou jízdního profilu odvozena regulo-vaná proměnná, tj. stav energie v superkapacitoru (SOE – State of Energy), neboli stav náboje resp. stav napětí. Stav náboje superkapacitoru je náhodná veličina popsaná funkcí hustoty pravděpodobnosti. V regulačním procesu spalovacího motoru je náboj resp. napětí superka-pacitoru regulováno k žádané střední hodnotě náboje. Zvýšení účinnosti obvodu rekuperačního měniče může být dosaženo minimalizováním ztrát na sériových odporech induktoru a superkapacitoru. Je navržen induktor s feromagnetic-kým jádrem a přibližně 2x menším sériovým odporem cívky než má stávající. Je navržen pa-ralelní způsob uspořádání superkapacitorů snižující náhradní sériový odpor a zachovávající kapacitu a napětí superkapacitoru. Pro snížení účinku energie spínacích ztrát je navržen RCD odlehčovací obvod spína-cího modulu. V experimentální části je vytvořen řídicí systém skládající se z kontroléru, sond a peri-ferií. Software je vytvořen grafickým programovacím nástrojem LabVIEW a skládá se z modulu řízení hybridního pohonu, který zahrnuje i řízení rekuperačního měniče a podpůrných modulů řízení, nastavení a monitorování kontroléru sbRIO. Funkčnost řídicího systému s měničem je ověřována a odladěna na experimentálním pracovišti hybridního pohonu. Pro dosažení výsledků byly využívány teoretické, analytické, výzkumné, vývojové a experimentální metody práce.