一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器制造技术

一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器,其电路结构由一块具有三块燃料电池串的电池板、正激式均压电路、DC

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器

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[0001]本技术涉及燃料电池发电领域，特别涉及一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器，属于电力电子变换技术。

技术介绍
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[0002]燃料电池是一种把燃料中的化学能通过电化学反应等温地转化为电能的发电装置，它具有高能效、低排放等特点，近年来得到了各国政府、各大公司以及各研究机构的普遍重视，并在很多领域展示了广阔的应用前景。电力电子装置作为电能变换的核心部件，在燃料电池技术发展中发挥着重要作用。
[0003]MPPT变换器作为电力电子装置的一个重要组成部分，可用于实现实时追踪燃料电池最大功率点、提高燃料电池利用率等功能，在燃料电池领域具有广泛的应用前景。随着电力电子技术的发展，具有易控制、易实现、高效率、低纹波、高可靠性的优点的MPPT变换器已成为电力电子装置的研究热点之一。
[0004]其中，传统的MPPT变换器多应用DC
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DC电路，电路由开关管、二极管、储能滤波电感L、输出滤波电容C等组成，由于结构简单、低损耗、高效率等优点，被广泛应用于光伏发电、燃料电池的电能变换场合。但是传统MPPT变换器，引入周期性短路电流脉冲后，会对系统的控制性能产生一定的影响，会产生高纹波，鲁棒性差，适用环境突变的能力较低，已经无法满足燃料电池发展的需要。
[0005]因此，寻求一种具有高可靠性、低纹波、利用率高、功率开关数量少、电路拓扑简洁、成本低等特点的MPPPT变换器，具有良好的推广应用价值。

技术实现思路
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[0006]本技术的目的是提供一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器，为燃料电池MPPT的进一步推广应用提供一种有效方案。
[0007]本技术所采用的技术方案是：一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器，其特征在于：这种变换器电路结构是由一块具有三块燃料电池串的电池板、正激式均压电路、DC
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DC变换器依序级联构成；其中，所述的三个燃料电池串为串联结构，并且每个燃料电池与均压电路结构并联；所述的正激式均压电路是3个二极管与3个变压器均压绕组串联而成；所述的DC
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DC变换器是将传统Boost升压变换电路的储能滤波电感L替换为变压器原边N；所述的正激式均压电路，由3个二极管与3个变压器均压绕组串联，二极管阳极与变压器均压绕组同名端相连，阴极与燃料电池正极相连，其中均压电路绕组匝数相同，同名端相同。
[0008]所述变换器的工作原理为当燃料电池串出现电压不均等时，二极管D2、D3、D4对应导通，变压器均压绕组实现燃料电池串均压，提高对应的燃料电池利用率；所述的DC
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DC变换器，其特征在于，变压器原边N同名端与燃料电池板正极相连，变压器原边N异名端与主开关S漏极相连，主开关S源极与3个燃料电池串负极相连，主绕组N与均压绕组N1、N2、N3匝比满
足3:1:1:1；其工作原理为当主开关导通时，燃料电池板既对变压器原边N充磁又通过均压电路实现燃料电池串均压；当主开关关断时，变压器原边N向电路输出侧释能。所述的高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器，其变压器绕组数n可以不同，一种为均压电路与燃料电池串数均为n个，主绕组N与均压绕组N
n
匝比满足n:1；每个均压电路与燃料电池并联。
[0009]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0010]一、本技术实现燃料电池MPPT功能，输出电压纹波低，性能可靠。
[0011]二、本技术电路结构简洁，功率器件少。
[0012]三、燃料电池均压电路无需额外电流传感器及控制电路，驱动电路简单，系统成本降低。
附图说明：
[0013]图1为本技术所提出的一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器的结构图；
[0014]图2为传统的Boost升压变换器电路结构；
[0015]图3为本技术所提出的一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器第一实施例的电路拓扑；
[0016]图4为本技术所提出的一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器第二实施例的电路拓扑；
[0017]图5为本技术所提出的一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器中DC
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DC变换器CCM模式下工作模态图
具体实施方式：
[0018]下面通过具体实例结合说明书附图对本技术的技术方案做进一步详细的描述。
[0019]以下是本技术所述的高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器电路的第一个实例(均压绕组n＝3)，如图2所示，说明本技术第一种拓扑实例的具体工作方式。下面结合说明书附图及实施例对本技术的技术方案做进一步描述。
[0020]一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器，其特征在于：这种变换器电路结构是由一块具有三块燃料电池串的电池板、正激式均压电路、DC
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DC变换器依序级联构成。其中，所述的三个燃料电池串为串联结构，并且每个燃料电池与均压电路结构并联；所述的正激式均压电路是3个二极管与3个变压器均压绕组串联而成。所述的DC
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DC变换器是将传统Boost升压变换电路的储能滤波电感L替换为变压器原边N。
[0021]开关模态一：主开关S导通，变换器工作在状态，燃料电池组既对变压器原边N充磁又通过均压电路实现燃料电池串均压，此时由于均压绕组与主绕组N匝比关系为N1:N2:N3:N＝1:1:1:3，3个燃料电池端电压满足式(1)。
[0022][0023]此时变压器原边主N绕组电流线性增加，满足式(2)。
[0024][0025]其中，L
m
、i
Lm
分别是变压器的励磁电感、励磁电感电流。
[0026]开关模态二：主开关S关断后，储能式变压器原边N向输出侧释能，实现功率传递。将DC
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DC变换器与正激式均压电路有机结合，实现了均压控制与电压变换，组成一种兼备两者优点的高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器，可在Boost升压过程中同时实现燃料电池串均压，从而提髙了变压器的利用率和变换器的效率，同时实现MPPT功能，使得电路的输出电压更加平稳，实现了电路的低纹波，提高了电路可靠性和燃料电池能量利用率。
[0027]一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器通过采用多绕组正激式电路结构构成均压电路，实现均压控制，相比于传统的直流优化模块电路和多个二端口直流变换器构成的均压控制电路，电路结构得以简化，减少了主功率器件数量和辅助电路，有效地降低了系统成本；通过Boost升压DC
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DC变换器结构实现能量传递，控制输出电压变化。
[0028][0029]其中D为DC
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DC变换器工作在CCM模式下主开关S的导通占空比。U
o
为输出电压恒定值。
[0030]本技术所提出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠低纹波电流的燃料电池MPPT变换器，其特征是：这种变换器电路结构是由一块具有三块燃料电池串的电池板、正激式均压电路、DC
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DC变换器依序级联构成；其中，所述的三个燃料电池串为串联结构，并且每个燃料电池与均压电路结构并联；所述的正激式均压电路是3个二极管与3个变压器均压绕组串联而成；所述的DC
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DC变换器是将传统Boost升压变换电路的储能滤波电感L替换为变压器原边N。2.根据权利要求1所述的正激式均压电路，其特征是：其电路结构由3个二极管与3个变压器均压绕组串联构成，二极管阳极与变压器均压绕组同名端相连，阴极与燃料电池正极相连，其中均压电路绕组匝数相同，同名端相同；其工作原理为当燃料电池串出现电压不均等时，二极管D2、D3、D4对应导通，变压器均压...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏玉文，李杰广，陈宇航，韩文浩，黄钦旺，陈明皓，孙浩然，江加辉，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：新型
国别省市：