8、混合电源的高精度建模

混合电源的高精度建模

1. 引言

近年来，混合电源在众多应用领域得到了广泛研究。它将两种基本电源结合，充分发挥各自优势，克服了单一电源的缺点。其中，燃料电池作为一种可再生能源，因其潜在的无限能量供应能力，受到了越来越多的关注。然而，便携式设备的脉冲式功耗特性对燃料电池的瞬时功率响应提出了挑战。为了充分利用燃料电池的优势，需要将其与高功率密度组件相结合，并设计特定的功率管理算法。

准确建模电源和负载对于评估系统性能至关重要。在设计过程中，选择强大的仿真环境是关键步骤。负载模拟器能够准确再现负载设备的实际功耗曲线，避免在设计功率管理算法时对负载功耗曲线进行假设，从而降低实验失败的风险。

燃料电池建模是一个关键环节，由于其非线性特性，其性能受温度、燃料压力和电压 - 电流工作条件的影响较大。通常采用黑盒方法进行建模，以准确模拟其稳态和动态行为。

作为应用示例，设计并测试了一种用于便携式数字静态相机（DSC）的燃料电池 - 超级电容器混合电源。DSC 的功耗曲线具有不可预测性和峰值功率高的特点，对混合电源的设计和优化提出了挑战。通过在 Simulink 环境中对燃料电池和负载进行精确建模，并利用 PSIM/Matlab 协同仿真工具，实现了对混合电源系统的高效模拟和测试。

2. 混合电源架构

混合电源通常由高能量密度源（如燃料电池）和高功率密度源（如电池或超级电容器）组成。其目标是优化复合电源的功率和能量性能。在稳态条件下，高能量密度源为负载提供电流；而在负载瞬态时，高功率密度组件提供瞬时电流与稳态电流之间的差值。

混合电源可分为主动式和被动式。主动式混合电源在两个基本电源之间插入 DC - DC 转换器，具有提高功