燃料电池DC-DC变换器的研究与设计

发布时间：2018-05-08 09:10

本文选题：燃料电池 + IBFBC　；参考：《武汉理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：在新能源的开发和利用中,燃料电池因其具备高工作效率和高功率密度,对环境不造成污染,应用也不受地域限制等诸多优点而得到广泛关注。但是燃料电池呈现出偏软的外特性,单体电池的输出电压仅在1V左右,而且受负载影响其动态特性很差,通常需要在其输出端加入一级DC/DC变换器改善工作性能。在交直流微电网的应用领域下,燃料电池DC/DC变换器则必须具备宽输入电压范围、大升压变比、高效率以及电气隔离的特点。针对以上功能要求,本文具体设计了一台用于交直流微电网系统的3kW燃料电池DC/DC变换器样机,在此基础上对其工作特性展开研究。本文主要工作内容如下:首先明确3kW燃料电池DC/DC变换器的设计指标与要求,提出三种可适用的拓扑设计方案,经比较最终选定隔离升压全桥变换器即IBFBC的拓扑结构,进而分析了IBFBC电路的稳态工作机理。分别对IBFBC工作中存在的启动问题、变压器漏感问题以及升压电感磁复位问题展开研究,分析其成因并对解决方案进行比较分析。综合各方面确定采用带有源钳位的IBFBC主电路架构设计。在主电路架构设计的基础上,根据指标要求对IBFBC的主电路中的功率MOS管和整流二极管进行选型设计,详细计算了高频变压器、升压电感以及其他无源功率器件的参数。进而设计了以DSP 28335为主控芯片的数字控制器的硬件电路,具体设计了PWM驱动电路、AD转换电路和通讯电路等,并详细分析了各电路的设计原理及参数选择依据。在建立起IBFBC的状态空间平均模型和交流小信号模型基础上,借助于Matlab/Simulink仿真工具,从控制理论角度研究了IBFBC的动、静态特征,并采用PID校正控制改善系统性能。运用Saber仿真则验证了所设计的软启动控制算法的可行性和可操作性。进而进行了数字控制器的软件总体方案设计,分别对主程序、PWM、ADC进行软件设计。最终完成3kW燃料电池DC/DC变换器样机的搭建,并进行测试。实验结果表明,带有源钳位的IBFBC设计方案在理论与实践上都具有可行性,并且能够满足交直流微电网对燃料电池DC/DC变换器宽输入、大升压、高效隔离的性能要求。
[Abstract]:In the development and utilization of new energy sources , the fuel cell has attracted wide attention because of its high working efficiency and high power density , which has no pollution to the environment and is not subject to geographical limitation .

【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TM911.4

【参考文献】