质子交换膜燃料电池用前级直流变换器及其构建方法技术
【技术实现步骤摘要】
质子交换膜燃料电池用前级直流变换器及其构建方法
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池设计
，特别是涉及一种针对质子交换膜燃料电池发电特性的、基于电压型全桥移相零电压软开关的前级升压直流变换器及其构建方法。
技术介绍
燃料电池是一种清洁高效的分布式电源，在催化剂作用下它能将含氢燃料的化学能直接转化为电能而无需燃烧过程。质子交换膜燃料电池(ProtonexchangemembranefuelCell,简称PEMFC)作为最可能商业化的燃料电池，具有工作温度低、电流密度大、响应速度快等优点，具有广泛的应用前景。PEMFC是一个复杂的电化学系统，它根据负载功率要求实时调节反应气体的流量和压力，当负载波动时，需要外部的装置配合参与调整，使得时间响应常数较慢。而且电化学反应容易受到湿度、温度和压力等外界参数干扰，导致输出电压更易波动，需要电力变换装置在较宽输入范围内稳定电压。另外由于单片燃料电池输出电压较低，负载运行时电压一般在0.6～0.8V左右，电流密度在0.2～1A/cm2左右，所以对中小型PEMFC而言，输出电压一般较低，因此在PEMFC输出电压和用户/电网之间必须...
【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池用前级直流变换器，其特征在于，包括：全桥移相单元、高频变压器、全桥整流单元以及输出侧滤波单元；所述全桥移相单元包括四个开关管，每个桥臂设有两个互补导通的开关管，每一开关管反向并联一个二极管，同时并联一电容，谐振电感与隔直电容串联后耦接在任一桥臂与所述高频变压器之间，两个桥臂相应开关管的驱动信号之间相差一个移相角相位，通过调节移相角的大小调节输出电压；所述高频变压器耦接在所述全桥移相单元与全桥整流单元之间，用于进行升压调节；所述全桥整流单元，用于将输入的交流信号变换为直流信号；所述输出侧滤波单元包括一滤波电感以及一滤波电容，所述滤波电感与滤波电容串联后耦...
【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池用前级直流变换器，其特征在于，包括：全桥移相单元、高频变压器、全桥整流单元以及输出侧滤波单元；所述全桥移相单元包括四个开关管，每个桥臂设有两个互补导通的开关管，每一开关管反向并联一个二极管，同时并联一电容，谐振电感与隔直电容串联后耦接在其中一个桥臂与所述高频变压器之间，两个桥臂相应开关管的驱动信号之间相差一个移相角相位，通过调节移相角的大小调节输出电压；所述高频变压器耦接在所述全桥移相单元与全桥整流单元之间，用于进行升压调节；所述全桥整流单元，用于将输入的交流信号变换为直流信号；所述输出侧滤波单元包括一滤波电感以及一滤波电容，所述滤波电感与滤波电容串联后耦接至所述全桥整流单元，用于对输出直流电压进行滤波后提供给后级逆变器；其中所述开关管均在零电压开关条件下运行；所述零电压开关条件需要超前臂零电压开关条件和滞后臂零电压开通条件满足条件，其中，超前臂零电压开关条件为：有足够的能量抽走即将开通的开关管Q3的结电容C3及截止整流管DR2和DR3的结电容CDR2和CDR3上的电荷，并给刚关断的开关管Q1的结电容C1充电，即：其中，Vin为电源电压，该能量由滤波电感Lf提供，在超前臂开通过程中，为实现超前臂的零电压导通，必须使Q1和Q3驱动信号的死区时间Td(lead)满足以下关系：上式中Ip为变压器原边电流值同时滞后臂零电压开通的条件为：1)串联谐振电感储能Lr大于滞后臂并联电容储能Clag与变压器原边寄生电容CTR储能：2)在滞后臂开通时，原边电流近似不变，滞后臂的并联电容Clag满足：3)滞后臂开关的死区时间Td(lag)应小于或等于四分之一的谐振周期，即：2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池用前级直流变换器，其特征在于，所述输出侧滤波单元进一步与所述全桥移相单元耦接，所述全桥移相单元、高频变压器、全桥整流单元以及输出侧滤波单元构成电压电流双闭环，通过电压电流双闭环以及移相脉冲宽度调制控制方式实时调节全桥移相单元的移相角，从而调节输出电压。3.一种质子交换膜燃料电池用前级直流变换器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分析质子交换膜燃料电池的发电动态特性，建立电化学机理模型，以确定升压需求；(2)基于电压型全桥移相单元构建前级直流变换器的拓扑结构；(3)确定前级直流变换器中相应元器件的参数，实现零电压开关；(4)根据所述升压需求，通过电压电流双闭环以及移相脉冲宽度调制控制方式实时调节前级直流变换器的移相角，调节输出电压，并维持输...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏，刘波，石瑛，蒋赢，张海燕，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31
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