CN210744740U - 一种用于氢燃料电池***的主动放电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于燃料电池技术领域,公开了一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,DC/DC变换器包括并联连接的两路或两路以上的升压BOOST电路,升压BOOST电路中具有电感及连接反并二极管的可控开关管,至少有一路升压BOOST电路存在上、下两个可控开关管,其中,下可控开关管接地;放电时,至少有一路升压BOOST电路工作在升压模式,至少有一路升压BOOST电路工作在降压模式,并通过电流控制使得输出输入电压的升压比维持不变。本实用新型实现了能够缩短放电时间,简化电路拓扑。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域,尤其涉及一种用于氢燃料电池***的主动放电电路。
背景技术
以氢燃料电池为动力的新能源汽车中,主DC/DC变换器用于将氢电堆的能量输出到直流母线上,当***停止工作后,电堆中存在一定量的剩余氢气(余氢),DC/DC变换器需要将余氢反应的能量在一定时间内释放掉,以避免余氢对电堆造成损伤。
当前将电堆剩余能量(余氢)释放掉的主要方法是通过电阻放电,将余氢能量通过电阻发热释放掉。电阻放电存在下面两个缺陷:一方面,放电时间长,以500欧姆的放电电阻为例,如果放电过程中电堆电压平均值为70v,那么放掉50库伦的电量所需时间约为50/(70/500)=357秒;另一方面,电阻发热严重,容易损坏电阻,导致放电功能失效。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,能够缩短放电时间,简化电路拓扑。
本实用新型实施例是这样实现的:
一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,氢燃料电池***具有电堆,电堆的负输出端接地,包括:DC/DC变换器、输入端电容和输出端电容,所述输入端电容跨接连接在电堆的两输出端上,DC/DC变换器的一端连接在电堆的正输出端,另一端通过输出端电容连接在电堆的负输出端上,DC/DC变换器包括并联连接的两路或两路以上的升压BOOST电路,升压BOOST电路中具有电感及连接反并二极管的可控开关管,至少有一路升压BOOST电路存在上、下两个可控开关管,其中,下可控开关管接地;放电时,至少有一路升压BOOST电路工作在升压模式,至少有一路升压BOOST电路工作在降压模式,并通过电流控制使得输出输入电压的升压比维持不变。
其中,所述输出端电容电压维持在输入端电容电压的1-8倍,但不超过输出端电容的最大极限电压。
其中,通过控制升压BOOST电路中的下可控开关管以PWM方式工作,上可控开关管断开,使该升压BOOST电路工作在升压模式。
其中,通过控制升压BOOST电路中的上可控开关管以PWM方式工作,使该升压BOOST电路工作在降压模式。
所述的一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,还包括与升压BOOST电路的个数相应的,用于控制每路的电流大小的电流环,以及一个用于控制输出电容电压的电压环。
本实用新型实施例电堆的余氢泄放通过DCDC***的可控的内部损耗消耗掉,而不是通过常用的电阻发热释放掉,由于DCDC***内部电感和开关本身具备良好的散热设计,可以支持长时间放电,避免了电阻放电发热严重的弊端;电堆的余氢泄放通过DCDC***的可控的内部损耗消耗掉,而内部损耗的大小取决于通过器件的电流大小,大电流下,内部损耗的能量远大于常用的电阻发热损耗,放电时间可以大大缩短;电堆的余氢泄放通过DCDC***的可控的内部损耗消耗掉,而内部损耗的大小取决于通过器件的电流大小,通过控制此电流大小,可以基本控制余氢泄放的速度和时间,使得放电的适用性大大拓宽。
附图说明
图1是本实用新型实施例中用于氢燃料电池***的主动放电电路拓扑图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
本实用新型用于氢燃料电池余氢能量的释放,主要通过DC/DC变换器内部能量损耗,达到能量泄放的目的;本实用新型包括:
(1)DC/DC变换器拓扑主要由多路升压BOOST组成;
(2)DC/DC变换器拓扑多路BOOST中至少有一路存在上下两个可控开关管;
(3)DC/DC变换器接收电堆***控制器发送的主动放电指令,控制IGBT开关,使多路输入中的其中几路(至少一路)工作在升压模式,另外几路(至少一路)工作在降压模式,并通过电流控制使得输出输入电压的升压比维持不变,同时控制各路输入的电感电流,使得能量损耗在电感、IGBT开关(可控开关管)和其它部件上。由于DC/DC变换器本身针对电感和IGBT模块进行了针对性的散热设计,使得散热不会成为余氢释放的一个难题,另外,IGBT开关和电感可以承受很大的电流,而***损耗与电感电流和开关电流成正比,通过提高流经电感和开关管的电流,可以使得***损耗大幅提高,进而使得放电时间大大缩短。
以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述:
如图1所示,一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,氢燃料电池***具有电堆,电堆的负输出端接地,包括:DC/DC变换器、输入端电容Cin和输出端电容Cout,所述输入端电容跨接连接在电堆的两输出端上,DC/DC变换器的一端连接在电堆的正输出端,另一端通过输出端电容连接在电堆的负输出端上,DC/DC变换器包括并联连接的两路或两路以上的升压BOOST电路,升压BOOST电路中具有电感及连接反并二极管的可控开关管(IGBT开关),至少有一路升压BOOST电路存在上、下两个可控开关管,其中,下可控开关管接地;放电时,至少有一路升压BOOST电路工作在升压模式,至少有一路升压BOOST电路工作在降压模式,并通过电流控制使得输出输入电压的升压比维持不变。维持稳定的电压是为了保证输入输出电压不会进入过压保护。
其中,所述输出端电容电压维持在输入端电容电压的1-8倍,但不超过输出端电容的最大极限电压。一般是5倍左右。
其中,通过控制升压BOOST电路中的下可控开关管以PWM方式工作,上可控开关管断开,使该升压BOOST电路工作在升压模式。
其中,通过控制升压BOOST电路中的上可控开关管以PWM方式工作,使该升压BOOST电路工作在降压模式。
所述的一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,还包括与升压BOOST电路的个数相应的,用于控制每路的电流大小的电流环,以及一个用于控制输出电容电压的电压环。电流环和电压环是软件控制算法的一部分,最终通过PWM来执行。
一种用于氢燃料电池***的主动放电方法,氢燃料电池***具有电堆,电堆的负输出端接地,包括:DC/DC变换器、输入端电容和输出端电容,所述输入端电容跨接连接在电堆的两输出端上,DC/DC变换器的一端连接在电堆的正输出端,另一端通过输出端电容连接在电堆的负输出端上,DC/DC变换器包括并联连接的两路或两路以上的升压BOOST电路,升压BOOST电路中具有电感及连接反并二极管的可控开关管,至少有一路升压BOOST电路存在上、下两个可控开关管,其中,下可控开关管接地;放电时,至少有一路升压BOOST电路工作在升压模式,至少有一路升压BOOST电路工作在降压模式,并通过电流控制使得输出输入电压的升压比维持不变。维持稳定的电压是为了保证输入输出电压不会进入过压保护。
其中,所述输出端电容电压维持在输入端电容电压的1-8倍,但不超过输出端电容的最大极限电压。
其中,通过控制升压BOOST电路中的下可控开关管以PWM方式工作,上可控开关管断开,使该升压BOOST电路工作在升压模式。
其中,通过控制升压BOOST电路中的上可控开关管以PWM方式工作,使该升压BOOST电路工作在降压模式。
所述的一种用于氢燃料电池***的主动放电方法,还包括与升压BOOST电路的个数相应的,用于控制每路的电流大小的电流环,以及一个用于控制输出电容电压的电压环。电流环和电压环是软件控制算法的一部分,最终通过PWM来执行。
图1中,该拓扑有四路并联输入,每路包括一个电感和二个IGBT开关(包括反并二极管),在主动放电功能中,选择其中两路(例如L1和L2支路)工作在升压模式(下管Q1_D和Q2_D以PWM方式工作,上管Q1_U和Q2_U断开),另外两路(例如L3和L4支路)工作在降压模式(上管Q3_U和Q4_U以PWM方式工作,下管Q3_D和Q4_D断开),并使Cout电压(Vout)维持在Cin电压(Vin)的5倍左右,但不超过Cout的最大极限电压。
示例拓扑只是本实用新型的一个特例,其适用范围不局限于四路并联输入,对多路输入(至少2路输入)的***均适用,本实用新型不要求多路输入的每路均包含上下两个开关管,只需至少一路具备两个可控开关管即可。
本实用新型还包括多个电流环控制,用于控制每个支路的电流大小;以及一个电压环控制,用于控制输出电容Cout上的电压。
氢燃料电池余氢的泄放电流取决于电感上电阻的损耗、IGBT开关损耗以及其他部件的损耗,其损耗大小与流经器件的电流大小成正比。
本实用新型的实施例中,本实用新型描述的主动放电电路及方法,可以将余氢能量在短时间内释放到接近零,且不依赖***除DC/DC外的其他部件。
本实用新型的实施例中,DC/DC变换器拓扑多路BOOST中至少有一路存在上下两个可控开关管,其中上管用于BUCK降压模式控制,使得电流可以从输出流向输入,进而保证输出电压稳定;本实用新型包含多个电流环控制,用于控制每个支路的电流大小;通过对支路电流大小的控制,使得电感和开关管的损耗基本可控,进而使得电堆的泄放电流可控;本实用新型包含一个电压环控制,用于控制输出电容Cout上的电压大小;通过对输出电压的控制,可以使得***工作在可控范围。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用于限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,氢燃料电池***具有电堆,电堆的负输出端接地,其特征在于,包括:DC/DC变换器、输入端电容和输出端电容,所述输入端电容跨接连接在电堆的两输出端上,DC/DC变换器的一端连接在电堆的正输出端,另一端通过输出端电容连接在电堆的负输出端上,DC/DC变换器包括并联连接的两路或两路以上的升压BOOST电路,升压BOOST电路中具有电感及连接反并二极管的可控开关管,至少有一路升压BOOST电路存在上、下两个可控开关管,其中,下可控开关管接地;放电时,至少有一路升压BOOST电路工作在升压模式,至少有一路升压BOOST电路工作在降压模式,并通过电流控制使得输出输入电压的升压比维持不变。
2.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,其特征在于:所述输出端电容电压维持在输入端电容电压的1-8倍,但不超过输出端电容的最大极限电压。
3.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,其特征在于:通过控制升压BOOST电路中的下可控开关管以PWM方式工作,上可控开关管断开,使该升压BOOST电路工作在升压模式。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,其特征在于:通过控制升压BOOST电路中的上可控开关管以PWM方式工作,使该升压BOOST电路工作在降压模式。
5.根据权利要求1所述的一种用于氢燃料电池***的主动放电电路,其特征在于:还包括与升压BOOST电路的个数相应的,用于控制每路的电流大小的电流环,以及一个用于控制输出电容电压的电压环。
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CN201921967437.7U CN210744740U (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种用于氢燃料电池***的主动放电电路 |
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CN201921967437.7U CN210744740U (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种用于氢燃料电池***的主动放电电路 |
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CN110676835A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-01-10 | 深圳市福瑞电气有限公司 | 一种用于氢燃料电池***的主动放电电路及方法 |
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