??燃料電池發(fā)電系統(tǒng)前端DCDC變換器的研究

?燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是一種高效的綠色能源，具有功率密度大、高效潔凈、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的青睞，成為最有前景的能源技術(shù)之一。

?但燃料電池本機(jī)輸出電壓一般不高，輸出的直流電壓隨著負(fù)載的變化有很大的變動(dòng)范圍，因此在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，具有升壓穩(wěn)壓功能的功率變換是其重要組成部分。燃料電池輸出的電壓必須經(jīng)過(guò)具有升壓穩(wěn)壓功能的功率變換裝置，將不穩(wěn)定的直流電變換成符合要求的直流或交流電。

本文主要研究了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的直流變換器。首先，本論文介紹了燃料電池的原理、特點(diǎn)和選題意義，并對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的輸出特性做了分析。其次，列舉并比較了常見(jiàn)的DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和性能，借鑒國(guó)內(nèi)外在燃料電池系統(tǒng)中直流變換器上的研究和創(chuàng)新成果，根據(jù)燃料電池的輸出特性及電動(dòng)汽車(chē)的特點(diǎn)，選用Boost 型電路結(jié)構(gòu)作為直流變換電路。再次，本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)：將5 KW質(zhì)子交換膜燃料電池組的輸出電壓，轉(zhuǎn)換成375V左右的電壓，為5KW輕型車(chē)輛提供主動(dòng)力。根據(jù)對(duì)Boost電路原理的分析，推導(dǎo)并設(shè)置電路主要元件的參數(shù)，利用Multisim、Matlab/Simulink軟件進(jìn)行建模和仿真，觀察并分析輸出電壓、紋波電壓、開(kāi)關(guān)管電壓和電流等波形，分析該方案的可行性和不足之處。

燃料電池簡(jiǎn)介

依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池分為五大類(lèi)，堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)及質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等，其特性見(jiàn)表1-1^[2]。

表1-1 主要燃料電池及其特性

????質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、啟動(dòng)速度快，且使用無(wú)毒性的固態(tài)電解質(zhì)膜，可以做到真正的零排放，而且適宜于頻繁啟動(dòng)場(chǎng)合、具有比其它類(lèi)型的燃料電池更高的功率密度，在航天、航海以及電動(dòng)汽車(chē)方面有著巨大的市場(chǎng)潛力，其發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究已在世界范圍內(nèi)掀起高潮，成為當(dāng)前國(guó)際上燃料電池研制開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。