8、混合电源的高精度建模

混合电源的高精度建模

1. 引言

在当今的能源应用领域，混合电源受到了广泛关注。它将两种基本电源，即高能量密度源和高功率密度源结合在一起，旨在优化复合电源的功率和能量性能。例如，燃料电池作为高能量密度源，在稳态时为负载提供电流；而电池或超级电容器等高功率密度组件，则在负载瞬态时提供瞬时电流与稳态电流之间的差值。这种组合使得混合电源在运行时间、瞬态响应、功率和能量密度等方面都优于单一的基本电源。

选择强大的仿真环境对于整个设计过程的成功至关重要。通过深入分析特定负载设备的功耗曲线，可以确保设计出合适的控制算法。负载模拟器能够让设计师在行为仿真过程中虚拟使用负载设备，准确再现其实际功耗曲线，避免在设计电源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步骤。由于燃料电池是非线性设备，其性能受温度、燃料压力和电压 - 电流工作条件的影响很大。通常采用黑箱方法进行建模，以准确模拟其稳态和动态行为。

以便携式数字静态相机（DSC）的燃料电池 - 超级电容器混合电源为例，该电源系统的设计和测试具有重要意义。DSC 的功耗曲线具有不可预测性，且峰值功率通常远高于平均功率，这对混合电源的设计和优化提出了挑战。通过精确建模电源和负载，可以评估系统性能，确保电源管理算法的高效性。

1.1 仿真环境与建模工具

本文采用基于 PSIM/Simulink 协同仿真工具箱的建模方法。PSIM 是面向电力电子系统的电路仿真软件，包含 PSIM Schematics 和 SIMVIEW 两个程序。Simulink 则提供了丰富的库元素，可用于精确建模燃料电池和功率负载。通过 SimCoupler 模块，实现了 PSIM 和 M