50kW質(zhì)子交換膜燃料電池的高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器

文中提出專用于高效率和高電壓轉(zhuǎn)換比的DC-DC轉(zhuǎn)換器（開關(guān)電源芯片，文中圖2），非常適合用于燃料電池上。

在高電壓轉(zhuǎn)換比下，所提出的轉(zhuǎn)換器（在此稱為鏡像升壓轉(zhuǎn)換器）具有更好的有效/續(xù)流時間比，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，降低了由高轉(zhuǎn)換率引起的效率損失。該轉(zhuǎn)換器還使用8個交錯耦合電感器，可降低電流和電壓紋波，并可使用較小的無源元件。將所有相與電池間變壓器（ICT）耦合，與單獨的電感相比，還可以提高磁性元件的功率密度、體積和損耗。與傳統(tǒng)雙升壓轉(zhuǎn)換器的比較是使用相同的材料來實現(xiàn)的。所提出的轉(zhuǎn)換器在電壓轉(zhuǎn)換比率為10左右時當處于17kW和42kW時達到96.5%的峰值效率。鏡像升壓轉(zhuǎn)換器在相同的燃料電池功率下具有大約一半的雙升壓轉(zhuǎn)換器的損耗，并且將69%在最大測量電流相位下功率更大。

該八相交錯耦合電感DC-DC轉(zhuǎn)換器，在高電壓轉(zhuǎn)換比下，具有串聯(lián)和并聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)的特點，并且與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，有源/續(xù)流時間的比率更好，可以降低由高轉(zhuǎn)換率引起的損失。因此，它非常適合將低直流電壓源轉(zhuǎn)換為高直流電壓。用獨立的電池間變壓器（ICT）替代單獨的電感器來耦合所有的轉(zhuǎn)換器相位和交錯操作使得使用更小的無源組件成為可能。

所提出的轉(zhuǎn)換器的交錯技術(shù)和并行方面有可能會導致與燃料電池兼容的源電流波動。轉(zhuǎn)換器在17kW時達到96.5%的峰值效率，在42kW時達到95.3%，電壓轉(zhuǎn)換比率為10左右。使用相同的材料進行實驗，結(jié)果表明，所提出的轉(zhuǎn)換器的損耗減少了兩倍。事實上，它的最大效率增益約為+2%，功率增益為+69%。

文中 Fig.2 Power electronics converter connecting the electrochemical component to the grid(a)with a low frequency(LF)transformer,(b)transformless solution.