استفاده از روش گراف سیگنال جریان برای مدلسازی مبدل های الکترونیک قدرت موجود در سیستم انرژی خودروهای برقی به منظور مدیریت انرژی الکتریکی

امروزه به دلیل کاهش ذخایر سوخت فسیلی و همچنین افزایش آلودگی هوا خودروهای برقی بعد از گذشت سال ها مجددا مورد توجه صنایع و پژوهشگران قرار گرفته اند. در سال های اخیر تحقیقات بسیاری در سراسر جهان روی بخش های مختلف خودروهای برقی انجام شده است که می توان به طراحی ساختار خودرو و بررسی پایداری آن، سیستم کنترل کشش خودرو، ماشین های الکتریکی، کنترل ماشین های الکتریکی، طراحی و کنترل مبدل های الکترونیک قدرت، سیستم انرژی خودرو و مدیریت آن اشاره کرد. هم چنین با جایگزین کردن ترمز مکانیکی با ترمز الکتریکی و استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت دو سویه سیستم انرژی خودرو به طور محسوس بهبود یافته است. در زمینه نحوه مدیریت سیستم انرژی خودرو، با حضور مبدل های الکترونیک قدرت دو سویه جای کار برای یافتن مدل مناسب برای ساختار سیستم انرژی جهت پیاده سازی روش های کنترلی بسیار است. روش مدلسازی سیستم مدیریت انرژی خودرو باید قابلیت مدل نمودن مبدل الکترونیک قدرت dc-dc دو سویه مورد استفاده را در حضور مولفه های غیرخطی داشته باشد تا بتوان بر مبنای مدل به دست آمده، کنترل کننده مناسبی را بر روی سیستم انرژی پیاده نموده و انتظار عملکرد مناسبی را از سیستم داشت. لذا این رساله موارد زیر را در بر می گیرد: - بررسی و مطالعه بخش های مختلف خودروی برقی از جمله سیستم تعلیق و کنترل کشش خودرو و مدل های ارائه شده برای آن ها - بررسی و مطالعه سیستم انرژی خودرو و مدل نمودن آن و پیاده سازی کنترل کننده مناسب برای مدیریت سیستم انرژی که بتواند پارامترهایی مانند جریان و ولتاژ را برای اجزای سیستم انرژی در بازه مطلوب آن ها نگه دارد و کارایی مناسبی نیز داشته باشد. - مدل نمودن مبدل dc-dc دو سویه به کار رفته در سیستم مدیریت انرژی و به دست آوردن توابع تبدیل آن از طریق روش گراف سیگنال جریان و ساده تر کردن فرآیند مربوطه داشتن مدل مناسب سیستم انرژی و بالاخص مبدل الکترونیک قدرت تعبیه شده در آن لازمه مدیریت مناسب سیستم انرژی خودروی برقی می باشد. منظور از مدل مناسب روشی است که به واسطه آن بتوان توابع تبدیل مورد نیاز جهت انجام اعمال کنترلی را به دست آورد. در این میان روش گراف سیگنال جریان به لحاظ اینکه خود مستقیما توابع تبدیل سیستم را تحویل می دهد، روش مناسبی برای مدلسازی در این حوزه می باشد. در طول فرآیند مدلسازی ممکن است به دلیل کثرت حلقه های موجود در گراف روند مدلسازی نسبتا پیچیده گردد، اما با معرفی روش های ساده سازی گراف از پیچیدگی فرآیند جلوگیری به عمل خواهد آمد. - به دست آوردن مدل های سیگنال کوچک، سیگنال بزرگ و حالت ماندگار برای مبدل مورد مدلسازی مبدل ها به عنوان سیستم های دینامیکی غیرخطی ممکن است در نقطه کار خود پایدار باشند اما در صورتی که سیستم دچار اغتشاش شده و دامنه اغتشاش به قدر کافی بزرگ باشد ممکن است دیگر هیچ گاه به نقطه کار خود باز نگردند. در صورتی که سیستم در معرض اغتشاش های بزرگ باشد مدل سیگنال کوچک نمی تواند پایداری سیستم را پیش بینی کند. در این صورت نیاز به یک ابزار مدلسازی سیگنال بزرگ جهت مطالعه رفتار دینامیکی مبدل ها و طراحی سیستم های پایدار ضروری می باشد. به منظور دستیابی به یک مدل جامع سیگنال کوچک، سیگنال بزرگ و حالت ماندگار از روش مدل سازی گراف سیگنال جریان مبدل های dc-dc استفاده خواهد شد. روش گراف سیگنال جریان یک ابزار مدل سازی گرافیکی بسیار ساده برای طراحی و تحلیل مبدل کلید زنی می باشد. با استفاده از این روش می توان مدل سیگنال بزرگ، مدل سیگنال کوچک و مدل حالت ماندگار مبدل را به دست آورد. مدل سیگنال بزرگ یک دید کلی از مبدل به دست می دهد. از این رو می توان از آن برای به دست آوردن ناحیه کار پایدار و نیز طراحی مبدلی که در یک ناحیه مشخص عمل کند استفاده نمود. مدل حالت ماندگار روابط حالت ماندگار را در اختیار قرار می دهد که در تعیین بازده و دیگر خصوصیات حالت ماندگار مبدل قابل استفاده هستند. مدل سیگنال کوچک امکان به دست آوردن تابع تبدیل از یک متغیر دلخواه به متغیر دلخواه دیگر مانند بهره ورودی به خروجی، بهره خروجی به کنترل، امپدانس های ورودی، خروجی و غیره را فراهم می کند. - در نظر گرفتن حالت ترمز مولدی و بازگشت انرژی یکی از پارامترهایی که استفاده از خودروهای الکتریکی را مورد توجه قرار داده و باعث افزایش بازده آن شده است بازگشت انرژی و حالت ترمز مولدی می باشد که لازمه در نظر گرفتن این حالت داشتن مبدل دو سویه و مناسب در سیستم انرژی و یافتن مدل مناسب برای مبدل در این حالت است. در روش مدلسازی ارائه شده این موضوع نیز لحاظ گردیده و مورد بررسی قرار می گیرد تا مدل مناسب برای سیستم در این حالت استخراج گردد. در این رساله روش مدلسازی معرفی شده و شکل ساده و تغییر یافته آن بر روی چند مبدل الکترونیک قدرت dc-dc پیاده شده و مدل های مبدل های مذکور به دست می آیند. در ادامه مدل های به دست آمده برای مبدل ها از دیدگاه پایداری مورد تحلیل قرار گرفته و در صورت نیاز کنترل کننده مورد نیاز و مناسب برای آن ها طراحی می گردد. در نهایت با استفاده از مدل به دست آمده برای مبدل تعبیه شده در سیستم انرژی، عملکرد سیستم انرژی با استفاده از نرم افزار matlab شبیه سازی شده و کنترل کننده مناسب برای آن ارائه شده و نتایج شبیه سازی برای بررسی عملکرد سیستم مدیریت انرژی پیشنهادی بر مبنای مدل ارائه شده آورده خواهد شد.