[發明專利]一種用于燃料電池的單管寬范圍升壓直流變換器

在審

• 申請號: 201710460775.0
• 申請日: 2017-06-18
• 公開（公告）號: CN107276397A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王萍;周雷;張云
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/14;B60L11/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李林娟

技術領域

本發明涉及燃料電池單向升壓直流變換器應用領域，尤其涉及一種用于燃料電池的單管寬范圍升壓直流變換器，屬于電力電子功率變換技術領域。

背景技術

近年來，石油、煤炭等高碳能源的大量開采和使用，對全球造成了環境污染和溫室效應等一系列負面影響。隨著經濟社會對能源需求的持續增長和低碳社會的到來，新能源在能源結構中的比重逐漸增大。新能源電動汽車是新能源在交通領域中的一種重要應用，其包括純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車。燃料電池電動汽車是新能源電動汽車的一種重要組成形式，能夠實現零排放，具有很高的能量轉化率。燃料電池電動汽車要求其內部高壓直流母線具有較高的電壓等級(如400V)，但燃料電池是一種電流源，其輸出電壓低，輸出電流大，不能與高壓直流母線電壓等級相匹配，因此需要使用升壓直流變換器提高燃料電池電壓，實現與燃料電池電動汽車高壓直流母線電壓等級相匹配。由于燃料電池輸出特性軟，因此需要使用直流變換器實現較寬的電壓增益。

傳統的升壓直流變換器結構簡單，但其電壓增益較低，功率器件的電壓應力較大，造成增加開關損耗的問題。為了提高電壓增益，提高效率，需要一種具有寬電壓增益、低電壓應力的升壓直流變換器，使其適用于燃料電池電動汽車的電壓變換場合。

發明內容

本發明提供了一種用于燃料電池的單管寬范圍升壓直流變換器，本發明克服了傳統的升壓直流變換器不能同時具備較低的功率器件電壓應力和較高的電壓增益的問題，詳見下文描述：

一種用于燃料電池的單管寬范圍升壓直流變換器，所述升壓直流變換器包括：電感L、功率開關Q、由二極管D₂-C₁、以及D₁-C₂組成兩個開關電容支路；電感L與功率開關Q組成電感儲能單元；

功率開關Q關斷時，電感儲能單元對兩個開關電容支路并聯充電，兩個開關電容支路分別與電感儲能單元組成Boost直流變換器拓撲；

功率開關Q開通時，電容C₁的能量轉移至電容C₃，電容C₃上的電壓被電容C₁箝位，二者電壓相同；

將電容C₂和C₃串聯作為輸出側，即可得到單功率開關寬增益Boost直流變換器拓撲；電源輸入端與燃料電池相連；輸出端與高壓直流母線相連接；

所述升壓直流變換器實現了2/(1-d)的電壓增益，功率開關Q、二極管D₁、D₂的電壓應力為輸出電壓的一半。

進一步地，所述升壓直流變換器輸出地和輸入地之間的電位差為一個恒定的電容電壓。

進一步地，所述升壓直流變換器適用于燃料電池電動汽車。

本發明提供的技術方案的有益效果是：

1、該變換器實現了2/(1-d)的電壓增益，其所有功率器件電壓應力為輸出電壓的一半；

2、該變換器輸出地和輸入地之間的電位差為一個恒定的電容電壓，而不是高頻脈沖電壓；

3、該升壓直流變換器適用于燃料電池電動汽車。

附圖說明

圖1為單管寬增益升壓直流變換器拓撲結構；

圖2為功率開關Q開通時拓撲的能量流通路徑圖；

圖3為功率開關Q關斷時拓撲的能量流通路徑圖；

圖4為新拓撲的重要工作波形示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例1

一種用于燃料電池的單管寬范圍升壓直流變換器，參見圖1，該升壓直流變換器如下所示：

一、拓撲結構

參見圖1，電感L與功率開關Q組成電感儲能單元，功率開關Q關斷時，電感儲能單元對開關電容D₂-C₁和D₁-C₂并聯充電，兩個開關電容支路分別與電感儲能單元組成Boost直流變換器拓撲。