同济大学电子与信息工程学院

同济大学电子与信息工程学院硕士学位论文燃料电池轿车用DC/DC变换器的EMC研究姓名：苏丹申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：张逸成;姚勇涛20080201燃料电池轿车用DC/DC变换器的EMC研究作者：苏丹学位授予单位：同济大学电子与信息工程学院相似文献(10条)1.期刊论文金科.阮新波.杨孟雄.徐敏.JinKe.RuanXinbo.YangMengxiong.XuMin复合式燃料电池供电系统-电工技术学报2008,23(3)提出了一种新型的复合式燃料电池供电系统.它是由燃料电池、蓄电池、单向变换器、双向变换器和逆变器构成.根据燃料电池的特性,提出了复合式全桥三电平LLC谐振变换器和三电平Buck/Boost双向变换器分别作为系统的单向和双向变换器运用于系统中.该结构可以优化能量管理,在冷启动过程由蓄电池向负载供电,而燃料电池不供电,系统易于冷启动;在负载突变时,可由蓄电池提供或吸收动态能量,使得系统具有很好的动态特性;在过载时,燃料电池仅提供额定功率,而过载部分能量由蓄电池提供,燃料电池的功率等级只需按照系统额定功率进行配置,从而降低整个系统的成本.最后在实验室中完成了一个1kW复合式燃料电池供电系统,并对系统进行实验研究,以验证理论分析的正确性.2.学位论文金科燃料电池供电系统的研究2006随着人类生活水平的不断提高，对能源的需求大幅度增加。化石能源等不可再生能源正日益枯竭，而且它所造成的环境污染日益严重。氢能作为一种绿色新能源，得到越来越多的应用。氢能利用的一个重要方面就是燃料电池，它将氢和大气中的氧反应转换为电能，其反应产物为纯净水，对环境没有污染，而且噪声也很小。因此燃料电池供电系统的研究对新能源的发展和应用具有重要的意义。本文提出了燃料电池供电系统的通用结构，根据实际设计情况，通过分析和对比，确定了复合式燃料电池供电系统结构作为本文所要研究系统的结构。该系统由燃料电池、单向变换器、双向变换器、蓄电池和逆变器构成，其中蓄电池通过双向变换器与直流母线并联，该系统具有以下优点：1)由于蓄电池的引入，燃料电池的功率等级只需按照系统额定功率进行配置，从而降低整个系统的成本；2)当负载发生突变燃料电池来不及反应时，可由蓄电池通过双向变换器向负载供电，动态响应快。系统开机时，可以由蓄电池向负载供电，因此便于燃料电池的自启动；3)双向变换器可以控制蓄电池的充放电电流，延长蓄电池的寿命；4)双向变换器的一端与直流母线并联，而直流母线的电压相对比较稳定，因此双向变换器优于设计，可以减小电感大小，从而提高动态性能；5)可以通过选择双向变换器的工作模式来实现系统的能量管理，确保燃料电池和蓄电池协调工作，使得系统可以高效工作。燃料电池没有功率调节能力，外特性很软，这就要求单向DC-DC变换器可以在很宽的输入电压范围内高效工作。本文将LLC谐振网络引入到复合式全桥三电平变换器中，得到了适合于燃料电池供电系统的复合式全桥三电平LLC谐振变换器。该变换器集成了复合式全桥三电平变换器和LLC谐振变换器的优点：1)适合于宽输入电压范围的应用场合，可以在很宽的输入电压范围内高效工作；2)三电平桥臂的开关管电压应力只有输入电压的一半；3)输出整流二极管实现ZCS，而且其电压应力仅为输出电压；4)可以在全负载范围内实现ZVS；5)输入电流纹波和输出滤波器可以减小。实验结果验证了理论分析的正确性。在高压的燃料电池供电系统中可采用加箝位二极管ZVSPWM三电平变换器，但原有的变换器存在一定的缺点，本文对原变换器进行改进，将变压器和谐振电感交换位置，使变压器与滞后管相连。改进型加箝位二极管ZVSPWM三电平变换器保留了原变换器消除输出整流管反向恢复引起的电压振荡的优点，并且还具有以下优点：1)在一个周期中，箝位二极管只导通一次，因此其电流定额可以减小；2)零状态时导通损耗小，效率可以提高；3)占空比丢失小。此外，还讨论了隔直电容在不同位置时对变换器工作的影响，确定了一种最佳工程方案，即在改进后变换器的变压器中串联隔直电容，并以一个3kW的原理样机进行了实验验证。燃料电池动态响应慢，自启动困难，所以系统中引入了蓄电池和双向变换器。本文提出了适合于燃料电池供电系统的三电平Buck/Boost双向变换器。该变换器具有以下优点：1)电感可以大大减小，提高变换器的动态响应，从而优化整个系统的动态特性；2)开关管电压应力仅为高电压端输入电压的一半。由于系统中除了燃料电池外，还有蓄电池作为能量存储装置用来在不同的条件下给负载辅助供电或吸收多余的能量。为了确保系统具有很高的效率和可靠的稳定性，必须保证燃料电池和蓄电池协调工作，对整个系统的能量走向流进行管理。本文提出了系统的能量管理控制思路，其核心是根据燃料电池和蓄电池的状态来控制双向变换器，使其分别工作在Buck、Boost或关机模式，以此来控制蓄电池的充放电状态，从而对整个系统进行能量管理。本文确定了单向和双向变换器稳压和限流值，以及蓄电池切入切出系统的切换点，着重分析了系统在冷启动和过载时的情况。根据以上的分析，本文构建了一个1kW的燃料电池供电系统，并对该系统进行了深入的实验研究。实验结果表明，系统在稳态、冷启动、负载突变、过载等条件下均能很好的工作，验证了能量管理控制的有效性。3.期刊论文齐铂金.汪殿龙.QiBojin.WangDianlong燃料电池客车大功率DC/DC变换器关键问题分析与探讨-汽车工程2007,29(6)简要介绍了燃料电池电动汽车的动力系统构型及其对燃料电池电动汽车DC/DC变换器的要求.从变换器的可靠性、变换效率、静动态特性和电磁兼容性等角度对DC/DC变换器研制过程中的关键问题进行了详细分析.所研制的变换器已经成功地应用在国内多辆燃料电池城市客车中,各项技术指标均满足使用要求.4.学位论文吴屏燃料电池发电系统前端DC/DC变换器设计2007燃料电池具有很多优点，如发电效率高、功率密度大、环境友好以及运行稳定可靠等，使其成为分布式电源系统(包括分布式发电)最有前景的能源技术之一。由于燃料电池的电化学特性，其输出为随负载变化宽范围变化的不稳定的直流电，所以必须配备功率变换器(PCU)，来调节、控制和管理电源输出，以得到符合要求的直流电或交流电能。因此，随着燃料电池产品与技术的发展，针对燃料电池应用的电力电子变换装置与技术的研究与开发已成为一项重要的课题。在中小型燃料电池发电系统之中，燃料电池整机输出一般电压不高，且电压随着负载的变化而大范围变化，所以在燃料电池输出和到电网之间必须有一级是具有升压、稳定电压功能的高效率电能变换装置。本文主要就此研究了作为燃料电池发电系统的前级的DC/DC变换器。首先，本论文探讨了课题组应用的PEMFC的工作原理，得到了电池的输出特性曲线，然后根据燃料电池的输出特性，选择了两级燃料电池发电系统的结构。然后基于燃料电池的特性，得出前级DC/DC变换器在发电系统中的主要功能，接着比较了前级DC/DC变换器常见的拓扑结构，选择了电压型移相全桥DC/DC变换器作为一个5kW燃料电池发电系统的前级，并对此DC/DC变换器做了详细的硬件参数设计和控制软件设计，实现了输入电压85V～120VDC，全功率范围稳定输出±380VDC供给后级半桥逆变器的功能。此外，变换器还具有软启动和过压过流保护的功能。然后，论文分析了变换器的损耗分布，提出了提高效率的措施。最后，论文分别给出了前级DC/DC变换器在系统中工作的相关波形和效率曲线，证明了设计的可行性和合理性。5.期刊论文陈玮山.赵景辉.陈沛.ChenWeishan.ZhaoJinghui.ChenPei燃料电池车用双向DC/DC变换器的建模分析-上海汽车2007(10)针对目前还无法给出双向DC/DC变换器的精确数学模型的研究现状,文章通过小信号分析法分析了双向DC/DC变换器的拓扑结构,建立了双向DC/DC变换器的传递函数方程,并利用此模型对双向DC/DC变换器进行优化设计.该小信号模型准确描述了双向DC/DC变换器的静态和动态特性,对于燃料电池车用双向DC/DC变换器的设计制造过程有较高的理论指导依据和工程应用价值.6.学位论文杨孟雄基于燃料电池供电系统的三电平双向变换器研究2008燃料电池能量转换效率高，污染小，适用性强，被誉为继水力、火力、核能之后第四代发电装置。在燃料电池供电系统中，一般加入储能元件和双向变换器来辅助供电，以提高整个系统的动态性能。双向变换器的动态响应将直接影响到燃料电池供电系统的动态性能。本文从电路拓扑和控制方式两方面来讨论双向变换器的设计，并提出在两端“源”的场合下双向变换器的软起动方法。在电路拓扑方面，论文将三电平结构引入到两电平Buck-Boost双向变换器中，得到三电平Buck-Boost双向变换器(以下简称三电平双向变换器)，其优点是电感可以大大减小，有利于提高变换器的动态响应。论文分析三电平双向变换器的工作原理、电路特性和参数设计，并研制一台1kW的原理样机进行实验验证。在控制电路方面，论文介绍PWM控制的边带效应，引入多频域模型分析两电平双向变换器和三电平双向变换器的控制环路带宽。由于边带效应的存在，两电平双向变换器的带宽最高只能到开关频率的二分之一，而三电平双向变换器中PWM交错控制可以消除边带频率fs-fp的边带效应，该变换器的带宽最高可以达到开关频率，是两电平双向变换器的两倍，因此三电平双向变换器具有更好的动态响应。论文通过仿真分析和对比，验证三电平双向变换器的动态特性好于两电平双向变换器。在燃料电池供电系统中，双向变换器工作在两端“源”的场合下，传统软起动方法将会导致反向电流出现，并因此损坏变换器。论文提出一种新颖的两段式软起动方法，它分两个阶段分别让主控管和被控管的占空比从零开始逐渐增加，有效防止反向电流的出现。将该方法分别应用到两电平和三电平双向变换器中，并进行实验验证，实验结果表明该方法是有效的。7.期刊论文冯涌波.齐铂金.汪殿龙.FENGYong-bo.QIBo-jin.WANGDian-long燃料电池电动汽车用大功率BuckDC/DC变换器研究-企业技术开发2006,25(5)针对燃料电池电动汽车用大功率DC/DC变换器的要求,文章提出了一种新型的柔性换流BuckDC/DC变换器拓扑,并重点分析了该拓扑结构的特点和工作过程.通过在常规的Buck电路中增加少量L、C、D器件,使主功率开关管和功率二极管可以平缓地切换工作电流,该方法提高了变换器可靠性和电磁兼容性.用Pspice对该电路拓扑进行了仿真,并给出了基于该电路拓扑研制的90kWDC/DC变换器的开关波形和效率曲线.该变换器已经成功地应用在国内自主研发的燃料电池城市客车中,各项技术指标均满足使用要求.8.期刊论文孙娇俊.孙涛.龚春英.SUNJiao-jun.SUNTao.GONGChun-ying一种用于燃料电池发电系统的前级DC/DC变换器-电力电子技术2009,43(2)针对燃料电池并网发电系统对前级DC/DC变换器的要求.提出并研究了由Boost和推挽正激变换器(Push-PullForwardConvener,简称PPFC)组合而成的两级式DC/DC变换器.由于推挽正激变换器工作于最大占空比,开关管和输出整流管电压应力小,有利于变换器的优化设计.分析了该变换器的工作原理,给出了电路关键参数的设计.500W样机试验验证了该设计的可行性.9.学位论文裘圣琳燃料电池发电系统前端DC/DC变换器的研究2006燃料电池具有很多优点，如发电效率高、功率密度大、环境友好以及运行稳定可靠等，分布式电源系统(包括分布式发电)是燃料电池的重要应用之一。由于燃料电池产生不稳定的直流电，必须配备功率变换器(PCU)，来调节、控制和管理电源输出，以得到符合要求的直流电或交流电能。因而，随着燃料电池产品与技术的发展，针对燃料电池应用的电力电子变换装置与技术的研究与开发已成为一项重要的课题。燃料电池整机输出一般电压不高，所以在燃料电池输出和到电网之间必须有一级是具有升压功能的变换装置。移相全桥零电流开关DC/DC变换器