低纹波高效燃料电池DCDC的研究与设计

发布时间：2020-09-07 11:24

　　 近年来,清洁能源的兴起不断冲击着传统化石燃料行业,其中燃料电池以其燃料充足、功率密度大以及低噪声等优点备受关注,但是燃料电池的动态响应较慢,无法直接为负荷提供能量。本文提出一种低纹波高效燃料电池DC/DC直流变换器,以提高燃料电池输出转换效率,同时抑制后级直流变换器纹波对燃料电池的影响。本文首先分析国内外燃料电池市场的发展现状,概述了燃料电池供电系统的各个组成单元,选择复合式燃料电池供电系统作为本文的研究对象。借助MATLAB/SIMULINK仿真工具模拟出燃料电池经验模型的稳态和动态特性,根据仿真结果和输出特性采用四相交错并联Boost电路拓扑结构,并对主电路的电感器、滤波电容、功率开关管以及二极管等器件进行参数设计和选型。为了提高直流变换器的转换效率,多相交错并联系统的控制算法设计需要根据变换器效率模型。根据基尔霍夫电压电流定律,通过测定变换器各器件的功率损耗推导出相关参数的效率方程式,效率方程是效率与燃料电池输出电流的函数,这里根据不同的用电负荷选择合适的在线工作相相数。为避免相数调整过程中支路电流出现过大的冲击,本文建立Boost电路小信号模型,利用被控对象的幅频特性曲线设计合适的PI控制器。最后,介绍直流变换器硬件设计和软件分析;这里包括硬件采集电路、功率管驱动电路、控制芯片最小系统以及各个控制程序的流程图。电路仿真和实验结果证明:通过交错并联技术实现输入电压电流纹波的削峰填谷,能极大程度上改善燃料电池动态响应慢的缺点;根据建立的效率模型模拟出不同工作相数下直流变换器的效率曲线,相数调整能实现部分负载下的高效运行,和全负载下的四相运行比较效率得到了明显的提高。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM911.4
【部分图文】：

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本文编号：2813275