关键字 |
| 燃料电池,交叉提高转换器,基于载波PWM。 |
介绍 |
| 交通电气化已成为明显趋势由于较低的排放,更好的车辆性能,比传统内燃机和更高的燃油经济性(IC) engine的车辆。在过去的几十年中,电动汽车、混合动力电动汽车、插电式混合动力电动汽车和燃料电池汽车(流量控制阀)是新兴的交通工具来取代传统的集成电路为推进车辆使用三相电机。清洁的优点(zeroemission),满意的练习场,加油时间短,效率高,可靠性高,交通流量控制阀表现出巨大的潜力。几家主要汽车工业制造和测试他们的流量控制阀。燃料电池堆栈将氢气储存在从空气和氧反应后,即氧化,转化成电能来驱动电机。只要保持燃料供应的连续性,电动机可以推动车辆安静、平稳,有效地要求更少的维护。然而,流量控制阀遭受缓慢的动态响应负荷变化由于他们内部电化学缓慢,机械和热动态特性,因此,需要能量储存,可以提供快速力量。辅助能源存储系统(ESS)如电池或超级电容器通常用于冷启动,吸收再生制动能量,实现良好的性能在瞬态操作。需要大功率双向dc / dc转换器应用,如电池放电器,不间断电源系统(ups),替代能源系统和混合动力电动汽车。羽翼未丰的性质,其中许多应用领域可能的主要因素,只有对这方面到目前为止的结果可用有限。 Most of the existing high power bidirectional dc/dc converters fall into the generic circuit topology illustrated in, which is characterized by a currentfed high-frequency (HF) inverter/rectifier on one side, preferably the lower voltage side, of the HF isolation transformer Tr, and a voltage-fed HF rectifier inverter sub topology on the other side. Each of these sub topologies can be a full bridge, a half-bridge or a push-pull circuit, or their variations. The current-fed half-bridge circuit is sometimes also referred as L-type boost circuit, or current-doublers. |
燃料电池操作的 |
| 燃料电池基本上是用氢燃料和空气在阳极和阴极,分别。低压直流产生的输出,这是应用于一个电机通过一个合适的电力电子加工DC / DC和DC / AC变换器。基本上,电机的输出是一个机械输出用于驱动车辆的车轮。有三个主要的步骤一代的权力从燃料电池。第一步是实现可用氢气的纯度。这是在燃料处理器的帮助下完成的。合适的碳氢化合物燃料喂养燃料处理器,这反过来,产生富氢气体的输出。这个氢富气然后喂给燃料电池的阳极电极。直流电压的生成通过燃料电池组成的第二阶段处理单元。最后,输出功率需要得到及时的治疗,这是通过它通过一个适当的功率调节器。 Ideally, the power conditioner must have minimal losses leading to a higher efficiency. Power conditioning efficiencies can typically be higher than 80%. As forced to renewable energy systems with various sources becomes greater than before, there is a supreme need for integrated power converters that are capable of interfacing, concurrently, controlling several power terminals with low cost and compact structure. Meanwhile, due to the intermittent nature of renewable sources, a battery backup is normally required when the ac mains is not available. |
| 燃料电池的化学能直接转化为电能的电化学过程。低压直流电源是由使用氢和天然气作为燃料。它可能被定义为一种电化学装置的连续转换部分化学反应的自由能变化能量转换。它是杰出的面糊经营连续替代燃料和氧化剂的活性电极面积和不需要充电。 |
| 燃料电池是一个模式的能量转换器,将化学能转换成电能。质子交换膜燃料电池而言,它将氧气和氢气直接转换成电能,热量和水在一个电化学过程。 |
| 燃料电池使用电化学反应,而不是燃烧(燃烧燃料)来产生电能。电解的过程是相反的。在电解电流的作用将水分解成氢气和氧气,而在一个简单的燃料电池可以结合电化学发电两种气体,加热和水。在实践中,这个过程更复杂,每种类型的燃料电池的特点、操作温度、材料、和流动。他们的共同点是电效率高,基本没有燃烧反应,和一个干净的排气流。 |
| 加剧了固定式燃料电池燃料电池需要燃料H2和一些如熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物(SOFC)也可以利用一氧化碳(CO)。氢燃料电池可以直接提供给或产生其他燃料来源,如天然气、甲醇,丙烷,生物燃料或无碳化合物。燃料处理器或电解(参见下面的图)可以用来供应现场氢燃料电池。 |
项目的工作 |
| 燃料电池汽车的典型架构了燃料电池堆栈将氢气储存上从空气和氧反应后,即氧化,转化成电能来驱动电机。只要保持燃料供应的连续性,电动机可以推动车辆安静、平稳,有效地要求更少的维护。然而,流量控制阀遭受缓慢的动态响应负荷变化由于他们内部电化学缓慢,机械和热动态特性,因此,需要能量储存,可以提供快速力量。辅助能源存储系统(ESS)如电池或超级电容器通常用于冷启动,吸收再生制动能量,实现良好的性能在瞬态操作。说明了一个典型的燃料电池动力推进系统的功能图Fig.摘要利用高压燃料电池连接到直流总线作为权力的主要来源。双向直流/直流转换器是用来辅助电源ESS高压直流总线接口。这个直流/直流转换器起着至关重要的作用在协调与主电源和辅助电源,需要满足以下要求: |
| 1)高升压比提高低电池的端电压变量高压燃料电池直流总线(150 - 300 V); |
| 2)双向功率流。转换器应该能够供应能量在冷启动和过渡操作期间在前进方向和吸收能量再生制动在相反方向; |
| 3)高功率处理能力; |
| 4)高频(HF)操作获得紧凑、重量轻、功率密度高、和低成本系统; |
| 5)效率高。这是一个基本要求获得一个有效利用能源和减少热设计。 |
| 几个双向dc / dc转换器在文献中提出了流量控制阀Voltage-fed转换器受到一些限制,例如,high pulsating current at input, limited soft-switching range, rectifier diode ringing, duty cycle loss [20], and comparatively low efficiency for high voltage amplification and high input current applications. Compared with voltage-fed converters, current-fed converters have been justified and demonstrated as a suitable option for such applications. One of the very popular topologies is a current-fed dual active bridge converter with a HF transformer. However, the major drawback with such a converter is high voltage spike at device turn-off owing to the energy stored in the leakage inductance. An RCD snubber circuit was employed to limit voltage overshoot. |
| 类似的方法被应用于无损缓冲电路来降低开关的电压应力。使用一个有源钳位缓冲电路,它由一个活跃的开关和电容器,夹具设备电压,实现同时佐。然而,高电流应力等缺点,提高循环电流在轻负荷,和相关的热的问题存在。摘要小说二级modulation-based交错软交换双向snubberless现任美联储全桥电压提出了倍压器,如图3所示。该变换器由两个交叉细胞与现任美联储全桥开关并联连接在低压端和半桥电压串联的倍压器在高压方面。对于这个应用程序,采用交叉方法(多单元的)在一个单一细胞增加功率处理能力而实现效率高、减少热需求。电压倍压器或网格状的选择减少开关、变压器匝比,二次侧设备的电压等级。 |
DC / DC交错现任美联储全桥逆变器 |
| 在本节中,稳态操作与佐的概念和分析解释道。关闭前一对对角开关(S1-S4, S2-S3 S5-S8,或S6-S7)在第一面,另一双一次侧开关打开。输出电压反映VO / 4 n出现在变压器初级。它转移当前从一对切换到另一对导致电流通过一个开关上升,另一对的电流降至零。后,身体整个开关二极管对开始进行和他们的控制信号被导致佐断开的设备。然后,设备电压上升,夹在反映输出电压。操作简单的研究和分析,以下假设为转换器的操作和分析: |
| 1)提高电感L1和L2足以保持恒流。输出电容器Co1、二氧化碳,二氧化碳和Co4足以保持恒定的电压; |
| 2)所有组件都假定理想; |
| 3)系列电感Llk1和Llk2包括高频变压器的漏电感; |
| 4)变压器的磁化电感无限大。稳态操作波形图所示主开关对S1-S4和细胞1 S2-S3操作彼此相同的控制信号相移到180年◦和责任周期应该保持50%以上。相同的开关对S5-S8 S6-S7电池2。开关控制信号之间的相位差对S1-S4和S5-S8 90◦。转换器的操作在不同的时间间隔在一个四分之一周期解释的帮助下等效电路所示图. .剩下的高频周期相同的间隔重复序列与其他对称设备进行完成完整的高频周期。 |
| 基于模拟燃料电池双向DC / DC变换器如图6所示的开放——执行循环模拟该模型使用垫实验室仿真软件。脉冲宽度调制是用来减少谐波,提高效率。仿真结果如图7所示。从燃料电池输入直流电压,交流和直流负载电压图7 b所示。分别。输出电压增加而输入直流,的帮助下提高交错配置。 |
模拟燃料电池基础交叉提高转换器 |
BI定向直流/直流转换器 |
燃料电池输出电压 |
BI定向DC / DC变换器输出电压 |
三相感应电动机的输出结果 |
并 |
| 该转换器维护佐断开的主要设备和二次设备的ZVS刺激整个宽输出功率的变化。刺激的主要设备也很低。因此,维护软交换的所有设备大大降低了开关损耗,并允许更高的开关频率转换器的操作来实现一个更紧凑的系统和更高的功率密度。该调制技术夹一次侧设备的电压与无电流换向自然,因此消除了主动夹或被动阻尼器的必要性需要吸收设备断开电压峰值在传统现任美联储拓扑。采用交叉设计增加功率处理能力。降低输入电流纹波,减少被动元件的电压和电流大小,减少设备评级,更好的热分布。使用低压设备和当前交叉细胞之间共享结果在低传导损失主要设备,这一点是重要的,由于更高的电流的主要方面。详细的稳态操作、分析和设计说明。仿真和实验结果清楚地确认和证明声称所有半导体器件的软开关,自然夹紧,无电流换向的一次侧设备。这些优点使转换器承诺对于流量控制阀的应用程序,前端直流/直流电源转换为燃料电池逆变器和ESS。 |
数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图7 b |
图7 c |
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引用 |
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