[发明专利]一种高增益燃料电池汽车DC/DC变换器结构及控制方法

说明书

一种高增益燃料电池汽车DC/DC变换器结构及控制方法，属于新能源汽车动力系统设计与应用领域。本申请的DC/DC变换器电路包括结构对称布置且并联连接的上桥电路和下桥电路，上桥电路包括串联连接的第一电感、第二开关管、第二电感、第二导通二极管和第一电容，燃料电池的正极端通过第一电感与第一开关管连接后接入燃料电池的负极端，燃料电池的正极端通过第一导通二极管连接在第二开关管和第二电感的中点，第二电感与第二导通二极管的中点通过第三开关管连接燃料电池的负极端；本申请解决传统升压拓扑升压比低的不足，抵消输入电压宽范围变化时对输出电压的扰动且不会有过高的成本。

技术领域

本申请所描述的实施例一般涉及直流变换器及其控制方法，属于新能源汽车动力系统设计与应用领域，尤其是，涉及一种高增益燃料电池汽车DC/DC变换器结构及其控制方法。

背景技术

随着新能源汽车的推广，燃料电池汽车具有不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，具有能量转化效率高、环境友好等内燃机汽车不可比拟的优点，同时仍然可以保持传统内燃机汽车高速度、长距离行驶和安全、舒适等性能，被认为是21世纪首选的洁净、高效运输工具。但是必须在燃料电池的输出端与直流母线之间附加DC/DC(直流/直流)变换器，以解决燃料电池的输出电压范围宽、动态相应慢的缺点，进而使其满足整车的动力需求。该变换器的功能是保证燃料电池输出电压宽范围变化时与直流母线电压相匹配，同时保证较小的纹波。因此，燃料电池汽车DC/DC变换器在满足高升压比、高效率等功能的同时，还应尽量降低成本、提高稳定性与功率密度。当前燃料电池汽车DC/DC变换器的研究主要集中在隔离式与非隔离式拓扑上。隔离式拓扑因为有耦合变压器的存在，导致其体积大、成本高、效率相对较低；传统的非隔离升压拓扑(如boost、buck-boost等)虽然动态响应好、效率高，但是由于升压比低不能满足直流母线高电压平台的需求。

发明内容

相应地，本发明的提供这样的一种高增益燃料电池汽车DC/DC变换器结构及其控制方法，解决传统升压拓扑升压比低的不足，同时引入输入电压的前馈控制，可以抵消输入电压宽范围变化时对输出电压的扰动且不会有过高的成本。

一种高增益燃料电池汽车DC/DC变换器结构，包括控制单元、燃料电池、负载和DC/DC变换器电路，燃料电池串接在DC/DC变换器电路的输入端，负载跨接在DC/DC变换器电路的输出端，DC/DC变换器电路包括结构对称布置且并联连接的上桥电路和下桥电路，上桥电路包括串联连接的第一电感、第二开关管、第二电感、第二导通二极管和第一电容，燃料电池的正极端通过第一电感与第一开关管连接后接入燃料电池的负极端，燃料电池的正极端通过第一导通二极管连接在第二开关管和第二电感的中点，第二电感与第二导通二极管的中点通过第三开关管连接燃料电池的负极端。

进一步的，所述下桥电路包括串联连接的第二电容、第三导通二极管、第四电感、第五开关管和第三电感，燃料电池的正极端通过第四开关管接入第三电感和第五开关管中点处，燃料电池的正极端通过第六开关管接入第三导通二极管和第四电感的中点处，第四导通二极管的正极端接在第五开关管与第四电感之间，第四导通二极管的负极端连接燃料电池的负极。

进一步的，所述第一电容和第二电容的电感值相同。

进一步的，所述第一电感、第二电感、第三电感和第四电感的电感值相同。

进一步的，控制单元的输出端连接第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，燃料电池的输入端和DC/DC变换器电路的输出端经分别于控制单元的反馈输入端建立连接。

一种高增益燃料电池汽车DC/DC变换器结构的控制方法，包括以下步骤：

a.设定参考电压U_ref；

b.采集燃料电池的输入电压U_in和DC/DC变换器电路的输出电压U_C1并进行数模转换；