【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池dc/dc装置及氢能列车燃料电池系统。
技术介绍
1、氢能作为绿色、高效、可持续的新能源，被视为当前最具发展潜力的清洁能源。氢燃料电池作为氢能利用的主要载体，具有发电效率高、环境污染小、比能量高、噪音低等优点，在轨道交通领域具有广泛的应用前景。dc/dc转换器是氢能列车燃料电池系统中一个重要部分，将输出特性软、响应慢的燃料电池电压转换为输出稳定、响应快的直流电压，为后续的牵引变流器、辅助变流器等设备供电。
2、轨道交通列车常见的燃料电池供电系统见图1，多采用燃料电池和锂电池双源供电，燃料电池通过燃料电池dc/dc变换器(dc/dc-1)、锂电池通过双向dc/dc变换器(dc/dc-2)共同升压到直流母线电压，母线电压经牵引逆变器给电机供电，经辅助变流器给辅助负载供电。
3、燃料电池启动前，锂电池通过dc/dc-2给直流母线供电，再通过dc/dc-1的输出配电电路给辅机供电。燃料电池的辅机得电后，燃料电池开始启动，燃料电池的输出电压逐渐提高。当燃料电池电压提高到一定值时，dc/dc-1开始工作，输出电压到直流母线。此时，辅机供电由锂电池供电转移至燃料电池供电。
4、相关技术中，燃料电池dc/dc变换器(dc/dc-1)为单向变换器，通常采用boost电路，原理如图2。燃料电池输出接in+/in-，out+/out-输出到直流母线。k1、k3和r1组成输入预充电回路，k5～k6、r3组成输出预充电回路，k4和r2组成主动放电回路，f1～f2为输出到燃料电
5、对于该系统，存在两个问题：
6、1)增加了系统损耗：燃料电池辅机需经过dc/dc转换后供电，燃料电池辅机所需的功率将在boost模块产生额定外的损耗。如：120kw净输出，辅机功率通常需要30kw，boost模块的效率通常为98％，计算产生600w(30kw×2％)的损耗，即系统损耗增加0.5％(600w/120kw×100％)。
7、2)增加了燃料电池dc/dc的容量，从而导致主电路中器件电流应力和散热能力有所增加。如：120kw净输出，辅机功率通常需要30kw，则dc/dc的容量增加25％，主电路中器件电流应力和散热能力均增加25％，从而需要选用更大的器件和散热装置，进而增加了dc/dc体积、重量及成本。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种燃料电池dc/dc装置及氢能列车燃料电池系统。
2、第一方面，本专利技术实施例提供一种燃料电池dc/dc装置，包括：
3、buck/boost模块，低压侧连接燃料电池和辅机，高压侧连接直流母线；
4、高压侧预充电回路，连接于所述buck/boost模块和直流母线之间；
5、其中，所述buck/boost模块在所述高压侧预充电回路完成预充电后切换至buck工作模式，以将经直流母线电压降压为辅机所需的供电电压，使燃料电池启动；所述buck/boost模块在燃料电池启动后，切换至boost工作模式，以将燃料电池的输出电压升压到直流母线电压为负载供电，同时燃料电池的输出电压还为辅机提供供电电压。
6、在一些实现方式中，所述辅机包括水泵和空压机；所述buck/boost模块经第一熔断器连接所述水泵，所述buck/boost模块经第二熔断器连接所述空压机。
7、在一些实现方式中，所述的燃料电池dc/dc装置，还包括：
8、低压侧预充电回路，连接于所述buck/boost模块的低压侧与燃料电池之间。
9、在一些实现方式中，所述buck/boost模块包括并联的多重buck/boost电路，所述buck/boost电路包括串联的第一开关管和第二开关管，电感以及第一电容模块，所述电感的两端分别连接于第一开关管与第二开关管的连接线和燃料电池的正输出端，所述第一电容模块并联于串联的第一开关管和第二开关管的两端；在所述高压侧预充电回路进行预充电过程中，直流母线电压进入所述buck/boost模块中为各重所述buck/boost电路中的第一电容模块充电，并在各第一电容模块充电至第一设定值时完成预充电。
10、在一些实现方式中，所述buck/boost模块还包括并联于所述buck/boost模块的低压侧的第二电容模块，在燃料电池启动状态下，燃料电池的电压与所述第二电容模块的电压之间差值小于第二设定值时所述buck/boost模块切换至boost工作模式。
11、在一些实现方式中，所述第一开关管和所述第二开关管采用igbt或者mos；在采用igbt的情况下，封锁各所述第一开关管和所述第二开关管的脉冲，所述第一开关管和所述第二开关管用作二极管；在采用mos的情况下，封锁各所述第一开关管和所述第二开关管的脉冲，或者将所述第一开关管和所述第二开关管用作同步整流管。
12、在一些实现方式中，第一电容模块或第二电容模块包括一个电容或多个并联的电容组。
13、在一些实现方式中，所述的燃料电池dc/dc装置，还包括：
14、第一接触器，连接于所述buck/boost模块的低压侧正输入端与燃料电池之间。
15、在一些实现方式中，所述的燃料电池dc/dc装置，还包括：
16、主动放电回路，连接于所述buck/boost模块的低压侧的正负极之间。
17、在一些实现方式中，所述的燃料电池dc/dc装置，还包括：
18、第二接触器，连接于所述buck/boost模块的低压侧负输入端与燃料电池之间。
19、第二方面，本专利技术实施例提供一种氢能列车燃料电池系统，包括第一方面所述的燃料电池dc/dc装置。
20、有益效果：
21、本专利技术通过双向的buck/boost模块在不同工作模式下工作，实现将直流母线高电压转换为低电压为辅机供电，以及使燃料电池启动；同时实现在燃料电池启动状态下将燃料电池的输出电压升压到直流母线电压实现为负载供电，同时燃料电池的输出电压还为辅机提供供电电压。辅机无需从燃料电池dc/dc装置的输出端获取供电，而是从燃料电池dc/dc装置的输入端获取供电，辅机的供电无需经过燃料电池dc/dc装置，有效提升了燃电系统的供电效率，且无需考虑辅机供电所带来的体积、重量及成本增加。
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1.一种燃料电池DC/DC装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，所述辅机包括水泵和空压机；所述Buck/Boost模块经第一熔断器连接所述水泵，所述Buck/Boost模块经第二熔断器连接所述空压机。
3.根据权利要求1所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求1所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，所述Buck/Boost模块包括并联的多重Buck/Boost电路，所述Buck/Boost电路包括串联的第一开关管和第二开关管，电感以及第一电容模块，所述电感的两端分别连接于第一开关管与第二开关管的连接线和燃料电池的正输出端，所述第一电容模块并联于串联的第一开关管和第二开关管的两端；在所述高压侧预充电回路进行预充电过程中，直流母线电压进入所述Buck/Boost模块中为各重所述Buck/Boost电路中的第一电容模块充电，并在各第一电容模块充电至第一设定值时完成预充电。
5.根据权利要求4所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，所述Buck/Boost模块
6.根据权利要求4所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管采用IGBT或者MOS；在采用IGBT的情况下，封锁各所述第一开关管和所述第二开关管的脉冲，所述第一开关管和所述第二开关管用作二极管；在采用MOS的情况下，封锁各所述第一开关管和所述第二开关管的脉冲，或者将所述第一开关管和所述第二开关管用作同步整流管。
7.根据权利要求4或5所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，第一电容模块或第二电容模块包括一个电容或多个并联的电容组。
8.根据权利要求1所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求1所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求9所述的燃料电池DC/DC装置，其特征在于，还包括：
11.一种氢能列车燃料电池系统，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的燃料电池DC/DC装置。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池dc/dc装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池dc/dc装置，其特征在于，所述辅机包括水泵和空压机；所述buck/boost模块经第一熔断器连接所述水泵，所述buck/boost模块经第二熔断器连接所述空压机。
3.根据权利要求1所述的燃料电池dc/dc装置，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求1所述的燃料电池dc/dc装置，其特征在于，所述buck/boost模块包括并联的多重buck/boost电路，所述buck/boost电路包括串联的第一开关管和第二开关管，电感以及第一电容模块，所述电感的两端分别连接于第一开关管与第二开关管的连接线和燃料电池的正输出端，所述第一电容模块并联于串联的第一开关管和第二开关管的两端；在所述高压侧预充电回路进行预充电过程中，直流母线电压进入所述buck/boost模块中为各重所述buck/boost电路中的第一电容模块充电，并在各第一电容模块充电至第一设定值时完成预充电。
5.根据权利要求4所述的燃料电池dc/dc装置，其特征在于，所述buck/boost模块还包括并联于所述buck/boo...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小勇，周峰武，周帅，饶沛南，何学雄，易尘宇，罗盼，马雅青，吴连贵，赵明锐，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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