燃料电池DC/DC电源装置的研制

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燃料电池是将氢气和空气转化为电能和热能的装置,是一种十分环保的发电方式。但燃料电池输出特性偏软,其寿命会受到纹波的影响,随着燃料电池堆堆栈的增加,输出电流不断增加,输出电压随着电流的增加而减小,易受负载影响。基于此,本文研制了一台7.5k W燃料电池DC/DC电源装置,主要工作内容如下:(1)分析了燃料电池的机理及外特性,对于燃料电池发电系统的低电压大电流应用场合,归纳出与其匹配的DC/DC变换器具有高增益、低纹波以及高转换效率的特性(2)通过对比,分析了几种现有的燃料电池DC/DC电源,并对非隔离型与隔离型的拓扑结构进行了比较与分析,总结了不同拓扑结构各自的优缺点及其适用场景,结合工程背景综合考虑,采用电流馈电型双有源全桥(Dual-Active-Bridge,DAB)作为主电路拓扑结构,并以输入端并联输出端串联(Input-Parallel Output-Series,IPOS)的形式进行连接,实现一次侧开关管的零电流关断(Zero-Current Switching,ZCS)和零电压开通(Zero-Voltage Switching,ZVS),以及二次侧开关管的零电压开通(Zero-Voltage Switching,ZVS),使开关损耗显著降低,极大的提高燃料电池DC/DC电源的传输效率。(3)分析了燃料电池DC/DC电源拓扑的运行原理,并对其进行建模与分析,对电源模块的开关损耗进行了计算,设计了高频变压器和燃料电池DC/DC电源监控系统。(4)利用MATLAB/Simulink仿真工具建立仿真模型,最后根据理论分析,参数计算以及实验结果搭建了750V/7.5k W的燃料电池DC/DC电源平台,实验结果验证了电路结构与参数设计的合理性。
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