CN215934728U - 一种dc/dc变换器及氢燃料电池动力系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种DC/DC变换器，包括DC/DC变换模块和主控制单元，DC/DC变换模块包括DC/DC变换电路和变换控制单元；DC/DC变换电路包括Boost升压电路和LLC谐振电路，Boost升压电路的输出端连接于LLC谐振电路的输入端；主控制单元与DC/DC变换模块通讯连接，主控制单元被配置为根据DC/DC变换器的输入电压与目标电压的比对结果控制变换控制单元；变换控制单元根据主控制单元的控制配置DC/DC变换电路的工作状态，以使DC/DC变换器输出目标电压。本实用新型能够实时对输入电压进行升压输出或降压输出，满足了输入、输出电压宽范围调节的要求。本实用新型还提供了一种氢燃料电池动力系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压变换技术领域，尤其涉及一种DC/DC变换器及氢燃料电池动力系统。
背景技术
随着新能源技术的发展，氢燃料电池作为一种清洁新能源被广泛应用于电动汽车和电动叉车中，当将氢燃料电池作为发电源引入电动汽车或电动叉车时，需要添加动力电池作为动力源，由于氢燃料电池的输出电压始终处于波动状态，因此其输出电压范围宽，而动力电池由于没有统一标准，因此存在多种电压平台，当需要将氢燃料电池和动力电池连接起来时，DC/DC变换器则是不可或缺的零部件，而氢燃料电池和动力电池在进行能量交互的过程中，可能氢燃料电池的输出电压和动力电池所要求的输入电压会出现交错的情况，因此DC/DC变换器也应该具备升降压交错功能，但是，目前市面上的DC/DC变换器多为采用Boost电路设计的升压DC/DC变换器或者采用Buck电路设计的降压DC/DC变换器，并不能同时满足升降压的需求。
因此，设计一种能够解决上述问题的DC/DC变换器显得尤为必要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种DC/DC变换器及氢燃料电池动力系统，能够实时对输入电压进行升压输出或降压输出，满足了输入、输出电压宽范围调节的要求。
为了实现上述目的，本实用新型公开了一种DC/DC变换器，包括DC/DC变换模块和主控制单元，所述DC/DC变换模块包括DC/DC变换电路和变换控制单元；所述DC/DC变换电路包括Boost升压电路和LLC谐振电路，所述Boost升压电路的输出端连接于所述LLC谐振电路的输入端；所述主控制单元与所述DC/DC变换模块通讯连接，所述主控制单元被配置为根据所述DC/DC变换器的输入电压与目标电压的比对结果控制所述变换控制单元；所述变换控制单元根据所述主控制单元的控制配置所述DC/DC变换电路的工作状态，以使所述DC/DC变换器输出目标电压。
可选地，DC/DC变换器至少包括两个以上并联连接的所述DC/DC变换模块。
可选地，DC/DC变换器还包括温度监测模块，所述温度监测模块与所述主控制单元电连接，所述温度监测模块用于监测所述DC/DC变换模块的功率元件的温度。
可选地，DC/DC变换器还包括壳体以及设于所述壳体内的风扇，所述DC/DC变换模块、主控制单元和温度监测模块装设于所述壳体内，所述风扇电连接于所述主控制单元，所述壳体与所述风扇正反面相对的两侧壁上分别开设出风口和进风口。
可选地，DC/DC变换器还包括第一预充电保护电路，所述第一预充电保护电路串联于所述DC/DC变换模块的正极输入端，所述第一预充电保护电路包括第一预充电电阻、第一开关和第二开关，所述第一预充电电阻与所述第一开关串联，所述第二开关与所述第一预充电电阻和所述第一开关并联。
可选地，DC/DC变换器还包括第二预充电保护电路，所述第二预充电保护电路串联于所述DC/DC变换模块的正极输出端，所述第二预充电保护电路包括第二预充电电阻、第四开关和第五开关，所述第二预充电电阻与所述第四开关串联，所述第五开关与所述第二预充电电阻和所述第四开关并联。
可选地，DC/DC变换器还包括第一电压采样电路、第二电压采样电路、第三电压采样电路和第四电压采样电路；
所述第一电压采样电路和所述第二电压采样电路的正极端分别连接至所述第一预充电保护电路的两端，所述第一电压采样电路和所述第二电压采样电路的负极端连接至所述DC/DC变换模块的负极输入端；
所述第三电压采样电路和所述第四电压采样电路的正极端分别连接至所述第二预充电保护电路的两端，所述第三电压采样电路和所述第四电压采样电路的负极端连接至所述DC/DC变换模块的负极输出端。
可选地，还包括第一电流采样电路和第二电流采样电路，所述第一电流采样电路连接在所述DC/DC变换模块的正极输入端，所述第一电流采样电路用于检测所述DC/DC变换模块的输入电流；所述第二电流采样电路连接在所述DC/DC变换模块的正极输出端，所述第二电流采样电路用于检测所述DC/DC变换模块的输出电流。
可选地，所述DC/DC变换器还包括放电单元，所述放电单元跨接于所述DC/DC变换模块的正极输入端和负极输入端，所述放电单元包括第三开关和与所述第三开关串联的放电电阻。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种氢燃料电池动力系统，包括氢燃料电堆、动力电池和如上所述的DC/DC变换器，所述氢燃料电堆与所述DC/DC变换器的输入端电连接，所述DC/DC变换器的输出端与所述动力电池电连接。
本实用新型的DC/DC变换电路包括Boost升压电路和LLC谐振电路，Boost升压电路可以将输入的电压先进行升压，再通过LLC谐振电路的工作频率调节将Boost升压电路输出的电压进行分压输出，以实现对输入电压进行稳定的升压输出或降压输出。主控制单元可以获取DC/DC变换器的输入电压与目标电压的比对结果，并根据该比对结果对变换控制单元进行控制，变换控制单元再对DC/DC变换电路的工作状态进行配置以使DC/DC变换器输出目标电压，可以根据不稳定的输入电压与目标电压的比对结果进行对DC/DC变换电路的实时配置，以适用于氢燃料电堆的输出电压和动力电池所要求的输入电压出现交错的情况，并实现输入、输出电压宽范围调节的功能。
附图说明
图1为本实用新型实施例DC/DC变换器的结构框图。
图2为本实用新型实施例DC/DC变换电路的示意图。
图3为本实用新型实施例LLC谐振电路的等效电路图。
图4为本实用新型实施例DC/DC变换器的结构示意图。
图5为本实用新型实施例氢燃料电池动力系统的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。
请参阅图1和图2，本实用新型公开了一种DC/DC变换器1，包括DC/DC变换模块11和主控制单元12，DC/DC变换模块11包括DC/DC变换电路112和变换控制单元111；DC/DC变换电路112包括Boost升压电路1121和LLC谐振电路1122，Boost升压电路1121的输出端连接于LLC谐振电路1122的输入端；主控制单元12与DC/DC变换模块11通讯连接，主控制单元12被配置为根据DC/DC变换器1的输入电压与目标电压的比对结果控制变换控制单元111；变换控制单元111根据主控制单元12的控制配置DC/DC变换电路112的工作状态，以使DC/DC变换器1输出目标电压。
本实用新型的DC/DC变换电路112包括Boost升压电路1121和LLC谐振电路1122，Boost升压电路1121可以将输入的电压先进行升压，再通过LLC谐振电路1122的工作频率调节将Boost升压电路1121输出的电压进行分压输出，以实现对输入电压进行稳定的升压输出或降压输出。主控制单元12可以获取DC/DC变换器1的输入电压与目标电压的比对结果，并根据该比对结果对变换控制单元111进行控制，变换控制单元111再对DC/DC变换电路112的工作状态进行配置以使DC/DC变换器1输出目标电压，可以根据不稳定的输入电压与目标电压的比对结果进行对DC/DC变换电路112的实时配置，以适用于氢燃料电堆2的输出电压和动力电池3所要求的输入电压出现交错的情况，并实现输入、输出电压宽范围调节的功能。
请参阅图2，具体地，Boost升压电路1121包括第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第一开关管Q1，第一电容C1跨接于输入电源的正负极，其一端与第一电感L1的输入端连接，第一电感L1的输出端与第一二极管D1的输入端和第一开关管Q1的输入极相连，第一二极管D1的输出端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与第一开关管Q1的输出极连接，第一开关管Q1的输出极与第一电容C1的另一端连接。Boost升压电路1121在工作过程中可以划分为充电模式和放电模式，在充电模式时，第一开关管Q1导通，第一二极管D1关断，此时输入电流流经第一电感L1、第一电容C1，输入电源为第一电感L1和第一电容C1储能，第二电容C2放电；在放电模式时，第一开关管Q1关断，第一二极管D1导通，第一电感L1和第一电容C1释放能量，第二电容C2接收第一电感L1、第一电容C1和输入电源的能量，因此其两端电压升高。
请参阅图2，具体地，LLC谐振电路1122可以包括逆变桥1123、谐振单元1124和整流单元1125，逆变桥1123为全桥结构，包括四个开关管Q2～Q5，每个开关管上分别并联有电容C3～C6和二极管D2～D5；谐振单元1124包括谐振电感Lr、谐振电容Cr、励磁电感Lm和变压器T1；整流单元1125为半波整流电路，包括整流二极管D6和D7、输出电容Cout和与输出电容Cout并联的电阻Rl。LLC谐振电路1122的等效电路如图3所示，当等效负载Rac变化时，可通过调节工作频率，改变Zr和Zo的等效阻抗，从而改变分压比，调整输出电压，从而使输出电压稳定。
通过LLC谐振电路1122变压器T1的设置，可使得DC/DC变换电路112的输入端和输出端隔离，提高安全可靠性。
进一步地，变换控制单元111通过控制开关管Q1～Q5的导通，进而达到配置DC/DC变换电路112的工作状态的目的。
请参阅图1，在一些实施例中，DC/DC变换器1至少包括两个以上并联连接的DC/DC变换模块11。通过采用多个DC/DC变换模块11并联可以满足市场上客户对不同功率规格的产品需要，而且各DC/DC变换模块11独立工作，避免其中一个DC/DC变换模块11出现故障而影响其他DC/DC变换模块11，主控制单元12可实时采集各个DC/DC变换模块11的工作状态信息，以做出相应的调整。
请参阅图1，在一些实施例中，DC/DC变换器1还包括温度监测模块13，温度监测模块13与主控制单元12电连接，温度监测模块13用于监测DC/DC变换模块11的功率元件的温度。通过温度监测模块13监测DC/DC变换模块11内功率元件的温度，以实时反馈给主控制单元12，便于主控制单元12采取对应的措施处理温度过高的模块，避免烧坏DC/DC变换模块11。
请参阅图1和图4，在一些实施例中，DC/DC变换器1还包括壳体14以及设于壳体14内的风扇15，DC/DC变换模块11、主控制单元12和温度监测模块13装设于壳体14内，风扇15电连接于主控制单元12，壳体14与风扇15正反面相对的两侧壁上分别开设出风口142和进风口141。出风口142和进风口141之间可形成风阻较小的风道，使得DC/DC变换器1散热效率更高；主控制单元12可以通过风扇驱动电路连接于风扇15，当温度监测模块13显示温度过高时，可通过主控制单元12驱动风扇15。
具体地，风扇15的正反面分别为风扇15的出风面和进风面，即出风面与出风口142相对，进风面与进风口141相对。
请参阅图1和图5，在一些实施例中，DC/DC变换器1还包括第一预充电保护电路113，第一预充电保护电路113串联于DC/DC变换模块11的正极输入端，第一预充电保护电路113包括第一预充电电阻R1、第一开关K1和第二开关K2，第一预充电电阻R1与第一开关K1串联，第二开关K2与第一预充电电阻R1和第一开关K1并联。
请参阅图1和图5，具体地，DC/DC变换器1还包括第二预充电保护电路114，第二预充电保护电路114串联于DC/DC变换模块11的正极输出端，第二预充电保护电路114包括第二预充电电阻R2、第四开关K4和第五开关K5，第二预充电电阻R2与第四开关K4串联，第五开关K5与第二预充电电阻R2和第四开关K4并联。
通过第一预充电保护电路113和第二预充电保护电路114可避免因输入端电压和输出端电压瞬时增大而损坏DC/DC变换模块11。
请参阅图5，进一步地，DC/DC变换器1还包括第一电压采集电路16、第二电压采集电路17、第三电压采样电路18和第四电压采样电路19；第一电压采集电路16和第二电压采集电路17的正极端分别连接至第一预充电保护电路113的两端，第一电压采样电路16和第二电压采样电路17的负极端连接至DC/DC变换模块11的负极输入端；第三电压采样电路18和第四电压采样电路19的正极端分别连接至第二预充电保护电路114的两端，第三电压采样电路18和第四电压采样电路19的负极端连接至DC/DC变换模块11的负极输出端。
第一电压采集电路16、第二电压采集电路17、第三电压采样电路18和第四电压采样电路19检测的电压分别为V1、V2、V3、V4，其中，V1为第一预充电保护电路113输入端的电压，V2为DC/DC变换模块11的输入端电压，V3为DC/DC变换模块11的输出端电压，V4为第二预充电保护电路114输入端的电压。在进行输出预充时，先判断V4电压是否正常，若异常，则直接上报故障，若正常，则闭合第四开关K4，经过预设时间后，判断V3电压是否达到V4电压的预设比例，若是，则断开第四开关K4，闭合第五开关K5，输出预充完成，若否，则断开第四开关K4，上报预充失败故障；同理，在进行输入预充时，先判断V1电压是否正常，若异常，则直接上报故障，若正常则闭合第一开关K1，经过预设时间后，判断V2电压是否达到V1电压的预设比例，若是，则断开第一开关K1，闭合第二开关K2，输入预充完成，若否，则断开第一开关K1，上报预充失败故障。
请参阅图5，在一些实施例中，DC/DC变换器1还包括第一电流采样电路116和第二电流采样电路117，第一电流采样电路116连接在DC/DC变换模块11的正极输入端，第一电流采样电路116用于检测DC/DC变换模块11的输入电流；第二电流采样电路117连接在DC/DC变换模块11的正极输出端，第二电流采样电路117用于检测DC/DC变换模块11的输出电流。主控制单元12可获取第一电流采样电路116和第二电流采样电路117采集的输入端电流和输出端电流以计算输入功率和输出功率，用于换算DC/DC变换器1的效率，并且可以监测输入端电流和输出端电流的大小，防止电流过大。
请参阅图5，在一些实施例中，DC/DC变换器1还包括放电单元115，放电单元115跨接于DC/DC变换模块11的正极输入端和负极输入端，放电单元115包括第三开关K3和与第三开关K3串联的放电电阻R3。当DC/DC变换器1在氢燃料电池动力系统中工作完成后，DC/DC变换器1与动力电池3断开且氢燃料电堆2停机，此时氢燃料电堆2内部会有少量残余的氢气和氧气，因此氢燃料电堆2内部仍在反应，存在残存电能，通过闭合第二开关K2和第三开关K3，可使放电电阻R3与氢燃料电堆2形成回路，以热量的形式消耗掉氢燃料电堆2上的残存电能，这样可以防止氢燃料电堆2中内部碳化，延长其使用寿命。
具体地，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4以及第五开关K5可以是继电器，主控制单元12可通过开关控制电路对第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4以及第五开关K5进行控制。
进一步地，主控制单元12与DC/DC变换模块11通过CAN通讯电路通讯连接。
请参阅图5，本申请还提供了一种氢燃料电池动力系统，包括氢燃料电堆2、动力电池3和如上述的DC/DC变换器1，氢燃料电堆2与DC/DC变换器1的输入端电连接，DC/DC变换器1的输出端与动力电池3电连接。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种DC/DC变换器，其特征在于，包括：
DC/DC变换模块，所述DC/DC变换模块包括DC/DC变换电路和变换控制单元；
所述DC/DC变换电路包括Boost升压电路和LLC谐振电路，所述Boost升压电路的输出端连接于所述LLC谐振电路的输入端；
主控制单元，所述主控制单元与所述DC/DC变换模块通讯连接，所述主控制单元被配置为根据所述DC/DC变换器的输入电压与目标电压的比对结果控制所述变换控制单元；
所述变换控制单元根据所述主控制单元的控制配置所述DC/DC变换电路的工作状态，以使所述DC/DC变换器输出目标电压。
2.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，至少包括两个以上并联连接的所述DC/DC变换模块。
3.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括温度监测模块，所述温度监测模块与所述主控制单元电连接，所述温度监测模块用于监测所述DC/DC变换模块的功率元件的温度。
4.根据权利要求3所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括壳体以及设于所述壳体内的风扇，所述DC/DC变换模块、主控制单元和温度监测模块装设于所述壳体内，所述风扇电连接于所述主控制单元，所述壳体与所述风扇正反面相对的两侧壁上分别开设出风口和进风口。
5.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括第一预充电保护电路，所述第一预充电保护电路串联于所述DC/DC变换模块的正极输入端，所述第一预充电保护电路包括第一预充电电阻、第一开关和第二开关，所述第一预充电电阻与所述第一开关串联，所述第二开关与所述第一预充电电阻和所述第一开关并联。
6.根据权利要求5所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括第二预充电保护电路，所述第二预充电保护电路串联于所述DC/DC变换模块的正极输出端，所述第二预充电保护电路包括第二预充电电阻、第四开关和第五开关，所述第二预充电电阻与所述第四开关串联，所述第五开关与所述第二预充电电阻和所述第四开关并联。
7.根据权利要求6所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括第一电压采样电路、第二电压采样电路、第三电压采样电路和第四电压采样电路；
所述第一电压采样电路和所述第二电压采样电路的正极端分别连接至所述第一预充电保护电路的两端，所述第一电压采样电路和所述第二电压采样电路的负极端连接至所述DC/DC变换模块的负极输入端；
所述第三电压采样电路和所述第四电压采样电路的正极端分别连接至所述第二预充电保护电路的两端，所述第三电压采样电路和所述第四电压采样电路的负极端连接至所述DC/DC变换模块的负极输出端。
8.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括第一电流采样电路和第二电流采样电路，所述第一电流采样电路连接在所述DC/DC变换模块的正极输入端，所述第一电流采样电路用于检测所述DC/DC变换模块的输入电流；所述第二电流采样电路连接在所述DC/DC变换模块的正极输出端，所述第二电流采样电路用于检测所述DC/DC变换模块的输出电流。
9.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括放电单元，所述放电单元跨接于所述DC/DC变换模块的正极输入端和负极输入端，所述放电单元包括第三开关和与所述第三开关串联的放电电阻。
10.一种氢燃料电池动力系统，其特征在于，包括氢燃料电堆、动力电池和如权利要求1-9任一项所述的DC/DC变换器，所述氢燃料电堆与所述DC/DC变换器的输入端电连接，所述DC/DC变换器的输出端与所述动力电池电连接。
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| CN116811667A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-09-29 | 广州巨湾技研有限公司 | 一种动力电池系统、电动汽车和控制方法 |
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| CN116811667A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-09-29 | 广州巨湾技研有限公司 | 一种动力电池系统、电动汽车和控制方法 |
| CN116811667B (zh) * | 2023-08-17 | 2024-03-01 | 广州巨湾技研有限公司 | 一种动力电池系统、电动汽车和控制方法 |
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