[发明专利]使用混合电感器芯材的燃料电池应用的DC-DC变换器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及包括提供多个间隙的多个中间芯段的 电感器，且更具体地涉及包括提供多个间隙的端部芯段和多个中间芯 段的电感器，其中，端部芯段由无定形合金制成以提供良好的磁性属 性，且中间芯段是压制板叠层结构以便于制造。

背景技术

氢是非常有吸引力的燃料，因为氢是清洁的且能够用于 在燃料电池中有效地产生电力。氢燃料电池是一种电化学装置，其包 括阳极和阴极，电解质在阳极和阴极之间。阳极接收氢气且阴极接收 氧或空气。氢气在阳极中分解以产生自由氢质子和电子。氢质子穿过 电解质到达阴极。氢质子与阴极中的氧和电子反应产生水。来自于阳 极的电子不能穿过电解质，且因而被引导通过负载，以在输送至阴极 之前做功。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于车辆的普遍燃料 电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，如全氟磺酸膜。 阳极和阴极通常包括细分的催化剂颗粒，通常是铂(Pt)，所述催化剂 颗粒支承在碳颗粒上且与离聚物混合。催化剂混合物沉积在膜的相对 侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物和膜的组合限定了膜电 极组件(MEA)。MEA的制造相对昂贵且需要某些条件以有效操作。

多个燃料电池通常组合成燃料电池堆以产生期望功率。 例如，车辆的典型燃料电池堆可以具有两百或更多堆叠的燃料电池。 燃料电池堆接收阴极输入气体，通常是由压缩机强制通过燃料电池堆 的空气流。不是所有的氧都由燃料电池堆消耗，且一些空气作为阴极 废气输出，所述阴极废气可以包括作为燃料电池堆的副产物的水。燃 料电池堆也接收流入燃料电池堆的阳极侧的阳极氢输入气体。

燃料电池堆包括位于燃料电池堆中多个MEA之间的一系 列双极板，其中，双极板和MEA设置在两个端板之间。双极板包括用 于燃料电池堆中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流动通 道设置在双极板的阳极侧上，且允许阳极反应气体流向相应MEA。阴 极气体流动通道设置在双极板的阴极侧上，且允许阴极反应气体流向 相应MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，另一个端板包括阴极气 体流动通道。双极板和端板由导电材料制成，如不锈钢或导电复合物。 端板将燃料电池产生的电传导到燃料电池堆之外。

大多数燃料电池车辆是混合动力车辆，混合动力车辆除 了燃料电池堆之外还采用补充功率源或可再次充电电能存储装置 (RESS)，如高压DC蓄电池、超电容器或超级电容器。在系统启动 和燃料电池堆不能提供期望功率时的高功率需求期间，所述RESS给各 种车辆辅助负载提供补充功率。燃料电池堆通过DC高压总线提供功率 给电牵引马达，以用于车辆操作。在需要超过燃料电池堆能够提供的 附加功率时(例如在猛烈加速期间)，RESS提供补充功率给电压总线。 例如，燃料电池堆可以提供70kW功率。然而，车辆加速可能需要100 kW功率。在燃料电池堆能够提供系统功率需求时，燃料电池堆用于给 RESS再次充电。在再生制动期间可从牵引马达获得的发电机功率也用 于给RESS再次充电。

在上述混合动力车辆中，增压DC/DC变换器通常被采用， 以使得较低电压的燃料电池堆与较高电压的RESS相匹配。DC/DC变 换器通常采用多相电感器阵列，从而提供增加DC电压的任务。电感器 阵列中的典型电感器包括磁芯，例如铁芯，其中在芯段之间提供间隙。 绝缘的金属绕组围绕芯缠绕成线圈，且传送经过绕组的电流在芯和间 隙中产生磁通量。提供合适的切换装置以切换施加到绕组的电压，使 得磁通量变化增加变换器输出端处的电压电势。

工业中试图减小车辆燃料电池系统中的DC/DC变换器的 尺寸、重量和成本，并增加其可靠性和效率。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种电感器，所述电感器包 括端部芯段和在所述端部芯段之间的多个中间体芯段，所述端部芯段 和所述多个中间体芯段限定多个间隙。所述端部芯段例如由无定形合 金制成以提供良好的磁性属性，且中间芯段例如是形成叠层结构的压 制电钢片以便于制造。在一个非限制性实施例中，所述端部芯段是无 定形铁合金，所述中间芯段是压制硅铁。

本发明的附加特征将从以下说明和所附权利要求书结合 附图显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的燃料电池系统的示意 性框图，所述燃料电池系统包括具有电感器阵列的DC/DC变换器；