[發明專利]燃料電池升壓變換器的有共用磁通返回通路的感應器陣列

有效

• 申請號: 200910170723.5
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101674006A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: S·賴澤;T·富格爾
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00;H01M8/04;H01M8/00;H01M8/24;B60R16/033
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 彭 武;譚祐祥

技術領域

本發明總地涉及升壓變換器的感應器陣列，尤其涉及包 括多個感應器的升壓變換器的感應器陣列，其中相鄰的感應器具有共 用的芯件以提供共用的磁通路。

背景技術

因為氫氣清潔，并且可用來在燃料電池中有效地產生電 能，所以是非常有吸引力的。氫燃料電池為包括陽極和陰極的電化學 裝置，陽極和陰極間具有電解質。陽極接收氫氣，陰極接收氧氣或空 氣。氫氣在陽極離解，產生自由的氫質子和電子。氫質子通過電解質 到陰極。氫質子與陰極中的氧和電子反應產生水。陽極的電子無法穿 過電解質，因此在被傳送到陰極之前被引導通過負載而做功。

質子交換膜燃料電池(PEMFC)為車輛的流行燃料電池。 PEMFC通常包括固態聚合物電解質質子傳導膜，例如全氟磺酸膜。陽極 和陰極通常包括支撐在碳顆粒上并與離聚物混合的細分的催化劑顆 粒，通常為鉑(Pt)。催化劑混合物沉積在膜的相對側上。陽極催化 劑混合物、陰極催化劑混合物和膜的組合限定了膜電極組件(MEA)。 MEA的制造比較昂貴，需要特定的條件以有效操作。

通常將多個燃料電池組合在燃料電池堆中以產生期望的 功率。例如，車輛的典型燃料電池堆可具有兩百或更多堆疊的燃料電 池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，通常為通過壓縮機而強制通過電 池堆的空氣流。不是所有的氧都被電池堆消耗掉，一部分空氣作為陰 極廢氣輸出，可能包括作為電池堆副產物的水。燃料電池堆還接收流 入電池堆陽極側的陽極氫輸入氣體。

燃料電池堆包括位于堆中多個MEA之間的一系列雙極板， 其中所述雙極板和MEA位于兩個端板之間。雙極板包括用于電池堆中 的相鄰燃料電池的陽極側和陰極側。陽極氣體流動通道設在雙極板的 陽極側，允許陽極反應氣體流向相應的MEA。陰極氣體流動通道設在雙 極板的陰極側，允許陰極反應氣體流向相應的MEA。一個端板包括陽極 氣體流動通道，另一個端板包括陰極氣體流動通道。雙極板和端板由 導電材料制成，例如不銹鋼或導電復合物。端板將燃料電池產生的電 流導出電池堆。

大多燃料電池車輛為混合動力車輛，其除了燃料電池堆 之外還使用補充能源或可再充電的電能存儲裝置(RESS)，例如高壓 DC電池、超級電容或超大電容。在系統起動時或在燃料電池堆無法提 供期望功率的高功率需求期間，RESS為各種車輛輔助負載提供補充能 量。燃料電池堆通過DC高壓總線提供能量給電牽引馬達以便車輛操作。 在需要超過電池堆可提供的功率的額外功率期間，例如在重加速期間， RESS提供補充功率給電壓總線。例如，燃料電池堆可提供70kW的功 率。但是，車輛加速可能需要100kW的功率。燃料電池堆用于在燃料 電池堆能夠提供系統功率需求的時候給RESS再充電。可從牽引馬達在 再生制動期間獲得的發電機功率也用于給RESS再充電。

在上述混合動力車輛中，有時使用升壓DC/DC變換器來 將較低電壓的燃料電池堆匹配至較高電壓的RESS。DC/DC變換器通常 使用提供增大DC電壓任務的多相感應器陣列。感應器陣列中的典型感 應器包括磁芯，例如鐵芯，在芯件之間設置間隙。絕緣金屬繞組作為 線圈纏繞在磁芯上，傳播通過繞組的電流在磁芯和間隙中產生磁通量。 提供適當的轉換以轉換施加到繞組的電壓，使得磁通量變化增大變換 器輸出處的電壓勢。

在工業中已致力于降低車輛燃料電池系統中DC/DC變換 器的尺寸、重量和成本，并提高它們的可靠性和效率。

發明內容

根據本發明的教導，公開了一種包括多個感應器的感應 器陣列，其中相鄰的感應器共用一芯件，因此共用磁通路，從而降低 了感應器陣列的尺寸和重量。在一個實施例中所述共用芯件形成為在 芯件中心限定凹入區域的背靠背U形元件。在另一實施例中，各感應 器中的多個小塊狀中心芯件在其間限定了多個間隙。

結合附圖，從下列描述和所附權利要求可清楚本發明的 其它特征。

附圖說明

圖1為燃料電池系統的原理框圖，其包括具有根據本發 明實施例的感應器陣列的DC/DC變換器；

圖2為包括U形感應器件的感應器芯的截面圖，所述感 應器件在其間限定了間隙；

圖3為包括中心感應器件的感應器芯的截面圖，所述感 應器件限定了多個間隙；

圖4為包括三個間隔開的感應器的感應器陣列的截面圖；