[发明专利]一种燃料电池汽车DC/DC变换器结构及其控制方法

说明书

一种燃料电池汽车DC/DC变换器结构及其控制方法，属于新能源汽车动力系统设计与应用领域，为了解决本申请的DC/DC变换器结构包括电容和变换单元，变换单元包括第一电感、导通二极管、第二电感，依次串联连接的燃料电池、第一电感、导通二极管、电容和第二电感形成回路，燃料电池的正极端通过第一开关管连接电容和第二电感之间，燃料电池的负极端通过第二开关管连接第一电感和导通二极管之间；本发明实现高升压比、减少了电子元器件、提高了转换效率。

技术领域

本申请所描述的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，燃料电池汽车以其能量转换效率高、零污染排放、加氢时间短和续航里程长的优点受到广泛重视。但燃料电池的输出电压范围宽、动态相应慢等缺点无法满足整车的动力需求，因此通常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。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)虽然动态相应好、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；采用传统非隔离拓扑级联组成的DC/DC变换器存在着效率低、成本高等缺点。

发明内容

相应地，本发明的实施例供这样的DC/DC变换器结构及其控制方法，其在实现高升压比的同时，减少了电子元器件，从而提高了转换效率、提升了功率密度和降低了成本。

一种燃料电池汽车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变换器结构包括电容和变换单元，变换单元包括第一电感、导通二极管、第二电感，依次串联连接的燃料电池、第一电感、导通二极管、电容和第二电感形成回路，燃料电池的正极端通过第一开关管连接电容和第二电感之间，燃料电池的负极端通过第二开关管连接第一电感和导通二极管之间。

进一步的，所述第一电感和第二电感的电感值相同。

进一步的，所述DC/DC变换器电路包括至少两个并联连接的变换单元。

进一步的，不同变换单元中的电感值均相同。

进一步的，所述控制单元的包括电压传感器、电流传感器、DSP模块和隔离驱动模块。

一种燃料电池汽车DC/DC变换器结构的控制方法，包括有以下步骤：

a.设定参考电压U_ref；

b.电压传感器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，电流传感器采集变换单元的电感电流，并进行数模转换；

c.将电压值U_C1与参考电压U_ref比较，得到的误差信号e₁送入电压环PI控制器进行处理得到期望电感电流I′_L1；

d.将步骤c得到的期望电感电流I_L′₁，与反馈的电感电流I_L1比较得到误差信号e₂送入电流环PI控制器中得到占空比d，根据不同的占空比调节PWM波一个周期中t_on和t_off的时间，具体的；