8、混合电源高精度建模：原理、方法与应用

混合电源高精度建模：原理、方法与应用

1. 引言

近年来，混合电源在众多领域得到了广泛研究。它将两种基本电源（高能量密度和高功率密度电源）结合，以优化复合电源的功率和能量性能。例如，燃料电池作为可再生能源，能在燃料供应时持续供电，为负载提供潜在的无限生命周期，在汽车、住宅和便携式电子设备等领域有广泛应用前景。然而，便携式设备的脉冲功率消耗特性给电源设计带来了挑战，因为燃料电池对瞬时功率需求的响应相对较差。

为了充分利用燃料电池，需要将其与高功率密度组件（如电池或超级电容器）耦合，并设计特定的功率管理算法进行主动功率共享。准确建模电源和负载对于评估系统性能至关重要，因为从仿真阶段开始，就需要确保电源管理算法的效率，而这依赖于电源、功率负载和电源管理系统的高精度建模。

选择强大的仿真环境是设计过程的关键步骤。负载模拟器能帮助设计师准确分析特定负载设备的功率消耗特性，从而设计出合适的控制算法。在设计功率管理算法时，使用负载模拟器可以避免对负载功率消耗特性进行假设，降低实验失败的风险。

燃料电池建模是一个关键步骤，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。通常采用黑箱方法进行建模，以准确模拟其稳态和动态行为。

作为应用示例，本文设计并测试了一种用于数字静态相机（DSC）的燃料电池 - 超级电容器混合电源。DSC 的功率消耗特性具有不可预测性，且峰值功率通常远高于平均功率，因此对混合电源的设计和优化提出了挑战。

2. 混合电源架构

混合电源近年来备受关注，被认为是便携式应用中最有前途的能源来源。它通过耦合高能量密度和高功率密度的两个基本电源，优化了复合电源的功率和能量性能。