CN104539006B - 一种燃料电池放电电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池放电电源装置，包括主电路和控制电路；主电路包括稳压单元和限流单元，稳压单元包括输入EMI滤波电路和升压电路，升压电路为交错并联PFC电路；限流单元包括DC/DC变换电路、输出滤波电路和输出EMI滤波电路；DC/DC变换电路为变压器隔离的移相全桥ZVS拓扑结构。主电路依次通过输入EMI滤波、升压、DC/DC变换、输出滤波、输出EMI滤波输出稳定可靠的放电电流。

Description

一种燃料电池放电电源装置
技术领域
本发明涉及一种燃料电池放电电源装置，用于燃料电池放电。
背景技术
燃料电池作为继火电、水电、核电之后的第四代发电方式，被誉为21世纪清洁、高效的动力源，受到人们广泛的关注，燃料电池技术也在飞速地发展。燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的诱人特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池放电电源装置，用以解决燃料电池一般应用的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种燃料电池放电电源装置，包括主电路和控制电路；主电路包括稳压单元和限流单元，稳压单元包括输入EMI滤波电路和升压电路，升压电路为交错并联PFC电路；限流单元包括DC/DC变换电路、输出滤波电路和输出EMI滤波电路；DC/DC变换电路为变压器隔离的移相全桥ZVS拓扑结构。
交错并联PFC电路包括两条由电感和二极管串联构成的支路，以及两个开关管单元；两个串联支路并联，一支路为第一电感(L1)和第一二极管(D1)，另一支路为第二电感(L2)和第二二极管(D2)，一个开关管单元为并联的第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)，另一个开关管单元为并联的第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)；并联的第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)单元连接第一电感(L1)和第一二极管(D1)之间的串联点，并联的第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)连接第二电感(L2)和第二二极管(D2)之间的串联点。
输出滤波电路的无损吸收电路由第十电容(C10)、第十二极管(D10)、第十一二极管(D11)、第十电感(L10)组成；第十电容(C10)与第十二极管(D10)串联后并接在DC/DC变换电路正、负输出端之间，正输出端连接滤波电感Lf作为输出滤波电路的正输出端，负输出端直接连接输出滤波电路的负输出端；第十一二极管(D11)与第十电感(L10)串联，第十一二极管(D11)阳极连接第十电容(C10)与第十二极管(D10)的串联点，第十一二极管(D11)阴极连接输出滤波电路的负输出端。
本发明的燃料电池放电电源装置，是一种由多个电路单元构成的一个整体，主电路依次通过输入EMI滤波、升压、DC/DC变换、输出滤波、输出EMI滤波输出稳定可靠的放电电流。
控制部分包括启动单元、采集、驱动、保护，实现对放电过程的稳定控制。
附图说明
图1是燃料电池放电电源装置的功能框图；
图2是稳压单元的EMI滤波电路电路原理图；
图3是启动单元电路原理图；
图4是交错并联PFC拓扑电路原理图；
图5是DC/DC变换电路的电路原理图；
图6是电流输出示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1为一种燃料电池放电电源装置的一种实施方式，包括启动单元、稳压单元、限流单元、控制单元和人机接口单元五部分。稳压单元和限流单元为主电路部分，构成燃料电池向负载放电的通道。启动单元、控制单元和人机接口单元为控制部分，控制单元集采集、保护、驱动、通信和辅助单元于一体，实现对主电路中开关器件的控制。
燃料电池放电电源装置的工作流程如下：装置通电，由辅助电源给装置各功能单元供电，控制单元采样相关的参量，查看是否有故障告警；无告警则驱动主电路工作，启动单元工作，使稳压单元工作，当母线电压达到幅值相对较高的稳压直流母线电压后，给限流单元工作命令，限流单元工作；关机时，控制单元发出信号，延时3s启动单元断开；稳压单元故障关限流单元，限流单元故障不处理稳压单元。
下面分别对各个单元进行具体说明：
启动单元设计
启动单元由MCU控制，采用三极管加继电器方式进行驱动。如图3所示，启动单元通过控制单元通电后判断装置各单元是否有故障(VIN_INVF)，无故障后，首先置低软启动信号使软启动继电器闭合，经过几秒后置低接触器信号使接触器闭合，再过几秒置高软启动信号使软启动继电器断开，实现整个装置运行。通过MCU芯片发出5V高电平信号，采用三级管加继电器的驱动方式来实现低压大电流直流接触器的闭合，同理根据低电平信号来断开直流接触器。
稳压单元
稳压单元将燃料电池宽放电电压范围与低输入放电电压变换为幅值相对较高的稳压直流母线电压，包括输入EMI滤波电路和升压电路。EMI滤波电路如图2所示，主要包括稳压芯片和EMI滤波网络，CY1——CY6为EMI的Y电容，CX1——CX2为EMI的X电容，L4为共模电感，E1为电解电容，C1为无感电容，共同来抑制主回路对燃料电池的反灌纹波。
升压电路如图4所示，采用交错并联PFC拓扑结构，实现功率管周期性流过电流和直流升压的目的。交错并联PFC电路包括两条由电感和二极管串联构成的支路，以及两个开关管单元；两个串联支路并联，一支路为L1和D1，另一支路为L2和D2，一个开关管单元为并联的Q1、Q2，另一个开关管单元为并联的Q3、Q4；并联的Q1、Q2单元连接L1和D1之间的串联点，并联的Q3、Q4连接L2和D2之间的串联点。具体的，如图4所示，Q1、Q2输出端和Q3、Q4输出端通过对应的二极管连接电阻网络。
L1、Q1、Q2、D1和L2、Q3、Q4、D2分别构成变换器单元，每个变换器的开关管交错导通，即在开关周期内的开通时刻依次滞后一定时间，从而使每个变换器中流过的电流也呈现交错状态，提升了电路的功率等级。将燃料电池50VDC——85VDC电压，升到100VDC的母线电压。两个开关管并联，采用双管并联技术，增加电流的容量，进而增加装置的放电容量。
限流单元
限流单元将相对较高的直流母线电压转换为低压宽范围要求的输出电压，其包括DC/DC变换电路、输出滤波电路、输出EMI滤波电路。
如图5所示，DC/DC变换电路采用变压器隔离的移相全桥ZVS拓扑结构，实现功率的低损耗和宽输出电压的目的。
输出滤波电路采用全波电路，全波电路的无损吸收电路由C10、D10、D11、L10组成。C10与D10串联后并接在DC/DC变换电路输出端，正输出端连接滤波电感Lf作为输出滤波电路的正输出端，负输出端直接连接输出滤波电路的负输出端；D11与L10串联，D11阳极连接C10与D10的串联点，D11阴极连接输出滤波电路的负输出端。
移相全桥ZVS电路实现开关管的零电压开通，有足够的能量来抽走将要开通的开关管结电容(或外部附加电容)上的电荷，并给同一桥臂将要关断的开关管结电容(或外部附加电容)充电。在超前臂ZVS开关过程中，用来抽走将要开通开关管并联电容的能量是由滤波电感和谐振电感提供的，而在滞后臂实现ZVS时，只有谐振电感提供能量。将直流母线100VDC电压转换成需要的40VDC——60VDC的直流电压，输出电流可以达到80A。
放电电流由单片机MCU进行控制，放电电流分为若干步给定，控制放电电流从零开始，台阶式上升到设定电流值。如图6，放电电流给定分10步，在mS的时间内从0A最终达到放电电流的给定值IG。这样可以避免放电电流直接达到最大的放电电流时，电流过冲导致的误保护或者引起的故障。
人机接口单元
人机接口单元能够设置和显示装置参数。通过三个按键、六个指示灯及数码管可以设置放电电流，显示内容的调换，查看装置的工作状态(运行、故障、保护)，显示输入电压/电流、输出电压/电流、装置温度。
控制单元
控制单元的采集部分实现对各种电参量的采样，包括燃料电池的电压、燃料电池的电流、母线电压、输出电压、输出电流、稳压单元参数与限流单元参数，并将采样信号调理成0——5VDC之间，进入MCU。燃料电池的电压通过电压互感器LV1采集，得到VIN_INVF；燃料电池的电流通过电流互感器CA1采集，得到VIN_INIF。
控制单元的保护部分实现对各功能单元的保护，包括燃料电池电压的过/欠压，输出电压的过/欠压，稳压单元的过温、过流，母线电压过压，限流单元的过温、过流。采样信号调理后的电压信号与计算保护点的基准电压进行比较，当出现故障时，将驱动单元的PWM信号关闭，从而使开关管始终处于关断状态，达到对装置的保护功能。
控制单元的驱动部分实现对启动单元的开与关、稳压单元功率管的驱动及限流单元功率管的驱动。控制芯片UCC28070输出的两路PWM，经NPN与PNP组成的达林顿电路，增加驱动能力，来控制稳压单元的功率管；控制芯片UCC3895输出四路PWM，经驱动芯片UCC27524和隔离驱动变压器，增加驱动能力，来控制限流单元的功率管。
辅助电源用于装置各功能单元的供电。辅助电源输入接燃料电池，通过控制芯片ICE2QS03G控制功率管，输出各功能单元需要的隔离供电电压。
控制单元的通信部分用于与其它装置的通信。通过RS485接口与外围电路配置或者通过CAN接口与外围电路配置同其它装置(监控装置)通信，进行协调工作。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种燃料电池放电电源装置，其特征在于，包括主电路和控制电路；主电路包括稳压单元和限流单元，稳压单元包括输入EMI滤波电路和升压电路，升压电路为交错并联PFC电路；限流单元包括DC/DC变换电路、输出滤波电路和输出EMI滤波电路；DC/DC变换电路为变压器隔离的移相全桥ZVS拓扑结构；所述输入EMI滤波电路包括稳压芯片单元，Y电容CY1、CY2、CY3、CY4、CY5、CY6，X电容CX1、CX2，共模电感L4，电解电容E1和无感电容C1；CY1与CY2串联构成第一支路，CY3与CY4串联构成第二支路，CY5与CY6串联构成第三支路，第一支路、稳压芯片单元、CX1、第二支路、L4、E1、CX2、第三支路和C1依次连接构成所述输入EMI滤波电路，所述稳压芯片单元包括两个稳压芯片；所述X电容、Y电容、电解电容、无感电容和共模电感用于抑制主回路对燃料电池的反灌纹波。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池放电电源装置，其特征在于，交错并联PFC电路包括两条由电感和二极管串联构成的支路，以及两个开关管单元；两个串联支路并联，一支路为第一电感（L1）和第一二极管（D1），另一支路为第二电感（L2）和第二二极管（D2），一个开关管单元为并联的第一MOS管（Q1）、第二MOS管（Q2），另一个开关管单元为并联的第三MOS管（Q3）、第四MOS管（Q4）；并联的第一MOS管（Q1）、第二MOS管（Q2）单元连接第一电感（L1）和第一二极管（D1）之间的串联点，并联的第三MOS管（Q3）、第四MOS管（Q4）连接第二电感（L2）和第二二极管（D2）之间的串联点。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池放电电源装置，其特征在于，输出滤波电路的无损吸收电路由第十电容（C10）、第十二极管（D10）、第十一二极管（D11）、第十电感（L10）组成；第十电容（C10）与第十二极管（D10）串联后并接在DC/DC变换电路正、负输出端之间，正输出端连接滤波电感Lf作为输出滤波电路的正输出端，负输出端直接连接输出滤波电路的负输出端；第十一二极管（D11）与第十电感（L10）串联，第十一二极管（D11）阳极连接第十电容（C10）与第十二极管（D10）的串联点，第十一二极管（D11）阴极与第十电感（L10）连接后通过第十电解电容（E10）连接输出滤波电路的负输出端。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105896976A (zh) * 2016-05-10 2016-08-24 清华大学 一种燃料电池汽车dc-dc变换器的控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101169669A (zh) * 2006-10-23 2008-04-30 纬创资通股份有限公司 直流电源的稳压装置
CN101594049A (zh) * 2008-05-30 2009-12-02 艾默生网络能源有限公司 交错并联pfc控制电路及控制方法
CN101640278A (zh) * 2008-07-30 2010-02-03 思柏科技股份有限公司 燃料电池定电流输出装置
CN101786413A (zh) * 2010-02-05 2010-07-28 新源动力股份有限公司 基于燃料电池的混合动力装置的能量管理系统
CN102437752A (zh) * 2010-09-29 2012-05-02 航天科工惯性技术有限公司 一种用于航空航天交流直流变换的分级限流电路
CN102594170A (zh) * 2012-03-09 2012-07-18 广州金升阳科技有限公司 一种宽输入电压电源变换器
CN102916205A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 全琎 一种燃料电池能量可控输出装置及控制方法
CN203522525U (zh) * 2013-10-28 2014-04-02 南宁一举医疗电子有限公司 一种基于无源无损吸收电路的x射线机功率因数校正电路

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101169669A (zh) * 2006-10-23 2008-04-30 纬创资通股份有限公司 直流电源的稳压装置
CN101594049A (zh) * 2008-05-30 2009-12-02 艾默生网络能源有限公司 交错并联pfc控制电路及控制方法
CN101640278A (zh) * 2008-07-30 2010-02-03 思柏科技股份有限公司 燃料电池定电流输出装置
CN101786413A (zh) * 2010-02-05 2010-07-28 新源动力股份有限公司 基于燃料电池的混合动力装置的能量管理系统
CN102437752A (zh) * 2010-09-29 2012-05-02 航天科工惯性技术有限公司 一种用于航空航天交流直流变换的分级限流电路
CN102916205A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 全琎 一种燃料电池能量可控输出装置及控制方法
CN102594170A (zh) * 2012-03-09 2012-07-18 广州金升阳科技有限公司 一种宽输入电压电源变换器
CN203522525U (zh) * 2013-10-28 2014-04-02 南宁一举医疗电子有限公司 一种基于无源无损吸收电路的x射线机功率因数校正电路

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