CN110690818A - 用于氢燃料电池***的集成化模拟受控dc/dc变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,包括PWM信号发生器和功率器件,功率器件的输入端连接氢燃料电池电堆,功率器件的输出端连接负载,PWM信号发生器的输入信号包括输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号,输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号同时传输至电堆监控***的输入端,PWM信号发生器与电堆监控***通过模拟信号连接,模拟信号来自电堆监控***,PWM信号发生器的输出端连接功率器件,并控制功率器件的输出功率;本发明能够防止电压过高或者过低,避免了电堆的启停,延长了电堆的使用寿命,且成本低廉,实时性好。
Description
[技术领域]
本发明涉及燃料电池技术领域,具体地说是一种用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器。
[背景技术]
氢燃料电池管理***中,DC/DC变换器连接氢燃料电池电堆(简称电堆),将电堆输出的不稳定电压进行电压变换和稳压,然后给负载供电。现有产品中,DC/DC变换器是***中的一个分体模块,一般是独立运行或者通过数字量的方式与监控***通讯实现参数改变。为了保护电堆,提高电堆使用寿命,DC/DC变换器的输入电流一般采用恒流的方式,防止电堆过负载运行,影响电堆的使用寿命。
目前,现有的DC/DC变换器是***中的一个分体模块,组装***时,工序复杂费时费力,占用体积较大,成本高,在功率不太大的***中,此结构并不适用。受控方式上,独立运行的DC/DC变换器虽然结构简单,但是由于参数固定,在电堆性能变化时不能有效保护电堆;而且,通过数字通讯的方式控制的DC/DC变换器,由于通讯需专门的处理器和接口芯片,成本较高。此外,DC/DC变换器的输入采用恒流的方式,虽然在一定程度上可以起到保护电堆,延长寿命的作用,但是由于电堆运行中,其性能受供气量、温湿度等多方面的影响,单独恒流方式并不能适用所有情况,保护作用有限。控制方式上,当电堆的输出电压或电流超出预设值,电堆监控***会停止电堆,待恢复正常后再启动电堆,这使得电堆在启停过程中,内部结构会受损,从而影响电堆的使用寿命。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,能够防止电压过高或者过低,避免了电堆的启停,延长了电堆的使用寿命,且成本低廉,实时性好。
为实现上述目的设计一种用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,包括PWM信号发生器1和功率器件2,所述功率器件2的输入端连接氢燃料电池电堆3,所述功率器件2的输出端连接负载4,所述PWM信号发生器1的输入信号包括输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号,所述输入电压信号、输入电流信号均采集于功率器件2与氢燃料电池电堆3之间,所述输出电压信号、输出电流信号均采集于功率器件2与负载4之间,所述输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号同时传输至电堆监控***5的输入端,所述PWM信号发生器1与电堆监控***5通过模拟信号连接,所述模拟信号来自电堆监控***5,所述电堆监控***5通过模拟信号控制PWM信号发生器1,所述PWM信号发生器1的输出端连接功率器件2,并控制功率器件2的输出功率。
进一步地,所述DC/DC变换器与电堆监控***5集成在一个PCB板上。
进一步地,所述DC/DC变换器通过监测功率器件2的输出电压,并通过调整PWM信号发生器1的输出脉宽,使DC/DC变换器工作在输出恒压状态下。
进一步地,若功率器件2的输出电流超过预设最大负载电流,则通过调整PWM信号发生器1的输出脉宽,使DC/DC变换器工作在输出恒流状态;若氢燃料电池电堆3的输出电流超出预设电流,则电堆监控***5通过模拟信号调整DC/DC变换器的PWM信号发生器1,使DC/DC变换器工作在输入恒流状态。
进一步地,若DC/DC变换器工作在输入恒流状态下,电堆监控***5检测到功率器件2的输入电压高于预设最大值或者低于预设最小值,则电堆监控***5通过模拟信号调整DC/DC变换器输入恒流值,使氢燃料电池电堆3的输出电压稳定在预设范围内。
本发明同现有技术相比,具有如下优点:
(1)本发明所述的DC/DC变换器与电堆监控***集成在一个PCB板上,简化了组装,减小了体积,降低了成本;
(2)本发明DC/DC变换器的PWM信号发生器与电堆监控***通过模拟信号连接,接受监控***的控制,此种受控方式结构简单,成本低廉,实时性好;
(3)本发明在DC/DC变换器的输入方式上,除采用恒流方式外,还增加了电压监控,从而能够防止电压过高或者过低,可以明显增加电堆的使用寿命;
(4)本发明在电堆输出电压或电流异常时,通过控制DC/DC变换器的参数来调节电堆的输出,避免了电堆的启停,延长了电堆的使用寿命。
[附图说明]
图1是本发明的原理示意图;
图中:1、PWM信号发生器2、功率器件3、氢燃料电池电堆4、负载5、电堆监控***。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明:
如附图1所示,本发明提供了一种用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,包括PWM信号发生器1和功率器件2,功率器件2的输入端连接氢燃料电池电堆3,功率器件2的输出端连接负载4,所述PWM信号发生器1的输入信号包括输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号,所述输入电压信号、输入电流信号均采集于功率器件2与氢燃料电池电堆3之间,所述输出电压信号、输出电流信号均采集于功率器件2与负载4之间,输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号同时传输至电堆监控***5的输入端,PWM信号发生器1与电堆监控***5通过模拟信号连接,模拟信号来自电堆监控***5,电堆监控***5通过模拟信号控制PWM信号发生器1,PWM信号发生器1的输出端连接功率器件2,并控制功率器件2的输出功率。
本发明所述的DC/DC变换器与电堆监控***集成在一个PCB板上,体积小、成本低。DC/DC变换器与电堆监控***通过模拟信号连接,接受监控***的控制,此种受控方式结构简单,成本低廉。在DC/DC变换器的输入方式上,除采用恒流方式外,还增加了电压监控,防止电压过高或者过低,可以明显增加电堆的使用寿命。在电堆输出电压或电流异常时,通过控制DC/DC变换器的参数来调节电堆的输出,避免了电堆的启停,延长电堆使用寿命。
本发明中,PWM信号发生器根据输入输出的参数状态,控制功率器件,调节DC/DC变换器的输出功率。输入电压采集、输入电流采集、输出电压采集、输出电流采集这四部分将采集到的信号传输到PWM信号发生器用于实时调节PWM信号发生器的PWM输出状态,同时这四个信号也传输到电堆监控***,电堆监控***根据输入输出状态,进行判断运算后,通过模拟信号来控制PWM信号发生器,使电堆工作在比较良好的输出功率状态下,保护电堆,避免电堆频繁启停,延长使用寿命。
本发明与传统DC/DC变换器的不同点在于:(1)结构不同,本发明的DC/DC变换器与电堆监控***集成在一个PCB板子上,简化了组装,减小了体积,降低了成本。(2)与PWM信号发生器连接的信号包括输入电压、输入电流、输出电压、输出电流和来自电堆监控***的模拟信号,此PWM信号发生器输入信号更加全面,既可以实现电堆输出恒流控制,又可监测电堆输出电压,使其工作在安全的范围内。同时,还受电堆监控***控制,可让电堆监控***根据其他复杂参数实时调整DC/DC变换器的工作状态,防止电堆频繁启停。(3)电堆监控***与DC/DC变换器通过模拟信号连接,连接方式简单,成本低廉,实时性好。
本发明的工作过程如下:
在正常状态下,DC/DC变换器通过监测输出电压,通过调整PWM信号发生器的输出脉宽,使DC/DC变换器工作在输出恒压状态下;
若输出电流超过预设最大负载电流,则通过调整PWM信号发生器的输出脉宽,使DC/DC变换器工作在输出恒流状态;
若电堆输出电流超出预设电流时,则电堆监控***通过模拟信号调整DC/DC变换器的PWM信号发生器,使DC/DC变换器工作在输入恒流状态;
若在DC/DC变换器工作在输入恒流状态下,检测到输入电压高于预设最大值或者低于预设最小值,则电堆监控***通过模拟信号调整DC/DC变换器输入恒流值,使电堆输出电压稳定在预设范围内。
传统的DC/DC变换器的控制方式在监测到电堆输出电流或者电压超过预设值时,电堆监控***会关闭电堆,待恢复正常时再开启。而电堆的启停会导致电堆内部受损,频繁启停会大大降低电堆的使用寿命。本发明的控制方式则避免了工作过程中电堆的频繁关闭和开启,减小了电堆因启停造成的受损,延长了电堆的使用寿命。
本发明并不受上述实施方式的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,其特征在于:包括PWM信号发生器(1)和功率器件(2),所述功率器件(2)的输入端连接氢燃料电池电堆(3),所述功率器件(2)的输出端连接负载(4),所述PWM信号发生器(1)的输入信号包括输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号,所述输入电压信号、输入电流信号均采集于功率器件(2)与氢燃料电池电堆(3)之间,所述输出电压信号、输出电流信号均采集于功率器件(2)与负载(4)之间,所述输入电压信号、输入电流信号、输出电压信号、输出电流信号同时传输至电堆监控***(5)的输入端,所述PWM信号发生器(1)与电堆监控***(5)通过模拟信号连接,所述模拟信号来自电堆监控***(5),所述电堆监控***(5)通过模拟信号控制PWM信号发生器(1),所述PWM信号发生器(1)的输出端连接功率器件(2),并控制功率器件(2)的输出功率。
2.如权利要求1所述的用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,其特征在于:所述DC/DC变换器与电堆监控***(5)集成在一个PCB板上。
3.如权利要求1所述的用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,其特征在于:所述DC/DC变换器通过监测功率器件(2)的输出电压,并通过调整PWM信号发生器(1)的输出脉宽,使DC/DC变换器工作在输出恒压状态下。
4.如权利要求1所述的用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,其特征在于:若功率器件(2)的输出电流超过预设最大负载电流,则通过调整PWM信号发生器(1)的输出脉宽,使DC/DC变换器工作在输出恒流状态;若氢燃料电池电堆(3)的输出电流超出预设电流,则电堆监控***(5)通过模拟信号调整DC/DC变换器的PWM信号发生器(1),使DC/DC变换器工作在输入恒流状态。
5.如权利要求1所述的用于氢燃料电池***的集成化模拟受控DC/DC变换器,其特征在于:若DC/DC变换器工作在输入恒流状态下,电堆监控***(5)检测到功率器件(2)的输入电压高于预设最大值或者低于预设最小值,则电堆监控***(5)通过模拟信号调整DC/DC变换器输入恒流值,使氢燃料电池电堆(3)的输出电压稳定在预设范围内。
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