CN2529441Y - 燃料电池电动车用dc－dc稳压电源 - Google Patents

Abstract

本设计属于电动车辆的动力装置，涉及用于燃料电池电动车上的DC－DC稳压电源。它采用全封闭式油水混合冷却结构，变压器和电感装在有变压器油的油箱中，油箱开口用通冷却水的水冷底板密封，大功率开关管、半导体整流桥，以及包括功率电阻在内的电流尖峰吸收电路都装在水冷底板的上表面，主回路用铜排母线联接，控制电路板和开关电源板装在水冷底板及其上主回路元器件的上部空间中，水冷底板之上用金属密封罩将上述主回路和控制电路等封盖。本设计DC－DC稳压电源体积和重量小、防雨防尘、抗震动和电磁干扰，全面满足电动车的要求，可以装在车上任何部位使用。

Description

燃料电池电动车用DC-DC稳压电源

技术领域

本实用新型属于电动车辆的动力装置，涉及燃料电池电动汽车用DC-DC稳压电源。

背景技术

电动汽车是一种电力驱动的、节能的、极少污染的新型交通工具，世界各国正在竞相研究开发。电动汽车的动力源有多种形式，燃料电池作为电动汽车的动力源是电动汽车的重要研究发展方向，因为燃料电池具有能量转换效率高(一般都在40～50％，而内燃机仅为18～24％)、可实现零排放、电池寿命长、功率比、能量比高等优点。

以燃料电池作为电动汽车动力源时，必须在燃料电池和逆变器之间联接一个DC-DC稳压电源作为功率变换器，使各种工况下逆变器的输入电压始终稳定在额定输入电压值附近，从而减小逆变器功率元件及电机所需的最大电流，使逆变器可以选用电流额定值较小的功率元件，驱动电动机也可以优化设计，这样既可以提高逆变器和驱动电机的效率，降低制造成本，也有利于对电动汽车电气动力系统的稳定控制。

这种DC-DC稳压电源作为电动车的一个部件，应当满足抗震动、抗干扰、结构密封以利于防水防尘等要求。经检索相关专利[JP3031669-B2(10 Apr 2000)；US6186254-B1(13 Feb 2001)；EP842548-A1(20 May 1998)；DE29623879-U1(4 May 2000)]，目前这种DC-DC稳压电源还处于研究阶段，功率只限于几个千瓦，并且体积较大。

组成这种DC-DC稳压电源的元器件中，许多是有较大发热量的发热元件，如大功率开关、半导体整流桥、磁性材料制成的高频变压器、电感等。还有一些是次要发热元件，如吸收电路中的功率电阻、电容和控制电路板上的器件等。所以DC-DC稳压电源必须要有冷却设计。目前已有技术多采用风冷方式，即由散热片将半导体器件的热量传出，再由风扇把散热片、变压器和电感散发的热量吹散带走。这种冷却方式在电动车上应用有极大的局限性，并且难以满足电动车对DC-DC稳压电源的下述要求：(1)既要防水防尘，又要保证良好的通风，只能把DC-DC稳压电源安装在车箱内部；(2)风冷方式不宜采用封闭式，而非封闭式设计对外界容易产生电磁干扰，影响其他器件的正常工作；(3)体积要小，占用的有效乘用面积要小。

发明内容

本实用新型的目的，是提供一种燃料电池电动汽车用DC-DC稳压电源(简称DC-DC稳压电源)，它改进了电路设计，采用全封闭油水混合冷却结构，可以安装在电动车上任何部位，具有原理简单、体积小、抗震动、抗干扰、电磁辐射小的优点，能全面满足电动车对大功率DC-DC稳压电源的要求。

本实用新型燃料电池电动汽车用DC-DC稳压电源的基本组成包括三大部分：1)输入端：用于滤波的电解电容，大功率开关管，进行能量传递的高频变压器；2)输出端：整流桥，滤波电感以及滤波电容；3)控制电路、开关电源以及电压、电流尖峰吸收电路(主要由功率电阻、电容和二极管构成)。除此之外，还有连接上述器件的铜排母线及电导线。

本设计燃料电池电动汽车用DC-DC稳压电源中，主回路包括大功率开关管，电感和电解电容器，高频变压器、半导体整流桥、吸收电压、电流尖峰的吸收电路；控制部分包括控制电路和开关电源电路。整个装置采用全密封式油水混合冷却方式，高频变压器和电感装在装变压器油的油箱中，油箱开口用水冷底板密封盖紧，水冷底板中通冷却水；主回路中的大功率开关管、半导体整流桥以及电压、电流尖峰吸收电路中的功率电阻、电容器等元器件装在水冷底板的上表面；包括大功率开关管等发热器件的主回路用铜排母线联接；安装控制电路和开关电源的控制电路板和开关电源板装在水冷底板及其上主回路元器件的上部空间中；一金属密封罩将水冷底板以上安装的全部元器件封盖。

本设计燃料电池电动汽车用DC-DC稳压电源中，由其输入端和输出端构成的主电路是这样的：输入端并联起滤波作用的电解电容器，然后通过一组大功率开关管与高频变压器的原边相联，该高频变压器的原边串联一个隔直电容器，高频变压器的副边联接由整流二极管构成的整流桥，整流桥的输出端联接由电感和电容器组成的滤波器。这些元器件用铜排母线和电导线联接。高频变压器原边串联的隔直电容是为了防止变压器的磁偏心。

本设计燃料电池电动车用DC-DC稳压电源，其中的油箱和密封罩用铝合金制成，水冷底板由铸铝制成。水冷底板上装有一个油杯，油杯底部有管嘴插入变压器油中。

本设计燃料电池电动车用DC-DCDC-DC稳压电源采用全密封式油水冷却结构，装在油箱中的高频变压器和电感产生的热量传递给密封油箱中的变压器油，变压器油经过自循环将热量带到油箱顶部并传递给水冷底板，再由水冷底板中的冷却水带走热量。水冷底板上由大功率开关管构成的功率半导体模块产生的热量，由水冷底板直接传递给冷却水将热量带走。油箱为密封结构，水冷底板上的大功率开关管(模块)，控制电路板、开关电源板以及吸收电路板由金属密封罩密封。另外，用铜排连接主电路上各功率器件，用黄铜制作的电极和电极螺杆、螺母都加大了散热面积。

本设计DC-DC稳压电源为密封型油水混合冷却结构，元器构件的冷却散热效果显著提高。由于采用油水混合冷却，稳压电源体积比单独采用风冷或水冷结构要减小许多。设计时，水冷底板的面积只要能安装下功率模块即可，水冷底板的厚度能满足水的流量即可。油箱中的变压器油应浸没高频变压器和电感，并且使油面与水冷底板的底面接触。本设计全面满足汽车对DC-DC稳压电源体积小、重量轻、冷却性能好的要求，同时，金属密封罩可以最大限度地减少电磁辐射，并且可以安放在车上任意位置，防灰尘，防水溅，抗震动，不受通风及淋雨的限制。

附图说明

图1是DC-DC稳压电源主电路结构原理图；

图2是DC-DC稳压电源主要元器件安装结构示意图。

具体实施方式

附图1中输入端并联起滤波作用的电解电容器C1，然后通过一组大功率开关管Q1～Q4与高频变压器Tr的原边相联，高频变压器Tr的副边联接由整流二极管DR1～DR4构成的整流桥，整流桥的输出端联接由电感Lf和电容器Cf组成的滤波器。另外在变压器的原边电路中串接一个隔直电容C3，其作用是防止变压器磁偏心。这些器件之间用铜排母线和电导线联接。

本实用新型DC-DC稳压电源的安装结构如图2所示。装置的冷却采用全密封式油水冷却结构，高频变压器210和电感212装在油箱205中；油箱中装变压器油211；油箱开口用水冷底板206密封盖紧；水冷底板中通循环冷却水；大功率开关管204、半导体整流桥，以及由功率电阻、电容和二极管构成的电流尖峰吸收电路207直接装在水冷底板206的上表面；包括大功率开关管等发热器件的主回路用铜排母线208连接；控制电路板202和开关电源板201装在水冷底板及其上主回路元器件的上部空间中；然后在水冷底板之上再用金属密封罩213将上述装在水冷底板上的元器件封盖；油箱和金属密封罩之外，紧邻油箱的一侧安装电解电容209，并用铜排母线与主回路联接。铜排209本身，以及用黄铜制作的电极螺杆和螺母203也加大了散热面积。

装置中的油箱205和金属密封罩213用铝合金制造，水冷底板206由铸铝制成。水冷底板206上装一油杯215，油杯底部有管嘴插进变压器油211中，目的是从管嘴向油箱205中注入变压器油211，另一个作用是，当油箱205内部变压器油211受热膨胀时能有效防止其溢出。

依据上述方案，我们设计制作了一台大功率(75kW)DC-DC稳压电源，用于燃料电池电动汽车上，对燃料电池输出电压进行稳压。

Claims (4)

1.一种燃料电池电动车用DC-DC稳压电源，其主回路包括大功率开关管，用于滤波的电感和电解电容器，作能量传递的高频变压器、半导体整流桥、吸收电压、电流尖峰的吸收电路；控制部分包括控制电路和开关电源电路，其特征是整个装置采用全密封式油水混合冷却方式，高频变压器和电感装在装变压器油的油箱中，油箱开口用水冷底板密封盖紧，水冷底板中通冷却水；主回路中的大功率开关管、半导体整流桥以及电压、电流尖峰吸收电路中的功率电阻、电容器等元器件装在水冷底板的上表面；包括大功率开关管等发热器件的主回路用铜排母线联接；安装控制电路和开关电源的控制电路板和开关电源板装在水冷底板及其上主回路元器件的上部空间中；一金属密封罩将水冷底板以上安装的全部元器件封盖。

2.按照权利要求1所述的燃料电池电动车用DC-DC稳压电源，其特征是输入端并联起滤波作用的电解电容器，然后通过一组大功率开关管与高频变压器的原边相联，该高频变压器的原边串联一个隔直电容器，其副边联接由整流二极管构成的整流桥，整流桥的输出端联接由电感和电容器组成的滤波器，上述主电路中的元器件用铜排母线和电导线联接。

3.按照权利要求1所述的燃料电池电动车用DC-DC稳压电源，其特征是水冷底板上装有一油杯，油杯底部有管嘴插入变压器油中。

4.按照权利要求1所述的燃料电池电动车用DC-DC稳压电源，其特征是其中的油箱和密封罩用铝合金制成，水冷底板由铸铝制成。