[发明专利]一种燃料电池汽车用三端口DC/DC变换器

说明书

一种燃料电池汽车用三端口DC/DC变换器，属于燃料电池应用技术领域。解决了现有燃料电池汽车燃料电池与直流母线间的电压不匹配问题。本发明的输入电容Cin的一端同时连接燃料电池Uin的正极和二极管D1的正极，二极管D1的负极同时连接电感L1的一端和开关管Q2栅极；开关管Q2的漏极连接二极管D2的负极，二极管D2的正极同时连接蓄电池Ub的正极和二极管D3的负极；输入电容Cin的另一端同时连接燃料电池Uin负极、蓄电池Ub的负极、开关管Q1栅极和输出电容Co的一端；电感L1的另一端同时连接开关管Q3的漏极、开关管Q1的漏极和二极管D4的正极；开关管Q3的栅极连接二极管D3的正极；二极管D4的负极连接输出电容Co的另一端。本发明适用于燃料电池应用技术领域。

技术领域

本发明属于燃料电池应用技术领域。

背景技术

随着新能源汽车的推广，燃料电池汽车由于具有不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，能量转化效率高、环境友好等内燃机汽车不可比拟的优点，并同时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。由于燃料电池的输出电压范围宽、动态响应慢，为满足整车的动力需求，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，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。另外，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，无法兼顾降低成本、提高稳定性与功率密度的需求。

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，但是存在升压比低不能满足直流母线高电压平台的需求的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有燃料电池汽车燃料电池与直流母线间的电压匹配与稳定性和低成本无法兼容的问题，提出了一种燃料电池汽车用三端口DC/DC变换器。

本发明所述的一种燃料电池汽车用三端口DC/DC变换器，

包括输入电容Cin、电感L1、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和输出电容Co；

输入电容Cin的一端同时连接燃料电池Uin的正极和二极管D1的正极，二极管D1的负极同时连接电感L1的一端和开关管Q2的源极；开关管Q2的漏极连接二极管D2的负极，二极管D2的正极同时连接蓄电池Ub的正极和二极管D3的负极；

输入电容Cin的另一端同时连接燃料电池Uin负极、蓄电池Ub的负极、开关管Q1源极和输出电容Co的一端；且所述输入电容Cin的另一端为连接负载端口U_O的正极；

电感L1的另一端同时连接开关管Q3的漏极、开关管Q1的漏极和二极管D4的正极；

开关管Q3的源极连接二极管D3的正极；

二极管D4的负极连接输出电容Co的另一端，且所述输出电容Co的另一端为连接负载端口U_O的负极。

本发明在燃料电池与直流母线之间没有隔离装置，提高了变换器效率；三端口拓扑结构将燃料电池、电池及负载整合到一个变换器上，这种结构提高了动力系统功率密度；减小了动力系统体积；使燃料电池更方便的为蓄电池充电；且本发明所述的拓扑结构器件较少，控制简单、占用空间小。

附图说明

图1是本发明所述燃料电池汽车用三端口DC/DC变换器的拓扑结构示意图；

图2是燃料电池汽车用三端口DC/DC变换器双输入单输出模式的拓扑结构示意图；