燃料電池發(fā)電系統(tǒng)前端DCDC變換器的研究
燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是一種高效的綠色能源，具有功率密度大、高效潔凈、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的青睞，成為最有前景的能源技術(shù)之一。
但燃料電池本機(jī)輸出電壓一般不高，輸出的直流電壓隨著負(fù)載的變化有很大的變動(dòng)范圍，因此在燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，具有升壓穩(wěn)壓功能的功率變換是其重要組成部分。燃料電池輸出的電壓必須經(jīng)過(guò)具有升壓穩(wěn)壓功能的功率變換裝置，將不穩(wěn)定的直流電變換成符合要求的直流或交流電。
本文主要研究了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的直流變換器。首先，本論文介紹了燃料電池的原理、特點(diǎn)和選題意義，并對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的輸出特性做了分析。其次，列舉并比較了常見(jiàn)的DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和性能，借鑒國(guó)內(nèi)外在燃料電池系統(tǒng)中直流變換器上的研究和創(chuàng)新成果，根據(jù)燃料電池的輸出特性及電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，選用Boost 型電路結(jié)構(gòu)作為直流變換電路。再次，本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)：將5 KW質(zhì)子交換膜燃料電池組
的輸出電壓，轉(zhuǎn)換成375V左右的電壓，為5KW輕型車輛提供主動(dòng)力。根據(jù)對(duì)Boost電路原理的分析，推導(dǎo)并設(shè)置電路主要元件的參數(shù)，利用Multisim、Matlab/Simulink軟件進(jìn)行建模和仿真，觀察并分析輸出電壓、紋波電壓、開(kāi)關(guān)管電壓和電流等波形，分析該方案的可行性和不足之處。
燃料電池簡(jiǎn)介
依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池分為五大類，堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)及質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)等，其特性見(jiàn)表1-1[2]。
表1-1 主要燃料電池及其特性
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電池類型
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AFC
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PAFC
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MCFC
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SOFC
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PEMFC
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燃料
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純氫
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天然氣、氫
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天然氣、煤氣、沼氣
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天然氣、煤氣、沼氣
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氫、甲醇、天然氣
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氧化劑
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純氧
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空氣（氧氣）
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空氣（氧氣）
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空氣（氧氣）
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空氣（氧氣）
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工作溫度（℃）
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50-220
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150-220
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650左右
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900-1050
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60-80
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效率
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60—90%
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37—42%
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>50%
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50—65%
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43—58%
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應(yīng)用領(lǐng)域
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太空飛行、國(guó)防
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熱電聯(lián)產(chǎn)電廠
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聯(lián)合循環(huán)熱電廠、電廠船、鐵路用車
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電廠、家庭電源
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汽車、潛水艇、移動(dòng)電話、筆記本電腦、家庭加熱器、熱電聯(lián)產(chǎn)電廠
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開(kāi)發(fā)狀態(tài)
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宇宙航行
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工業(yè)用200KW電池
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280KW~
2MW試驗(yàn)電廠
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100KW試驗(yàn)電廠
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家庭電源、汽車、熱電聯(lián)產(chǎn)、計(jì)算機(jī)電源、手機(jī)電源等
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質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、啟動(dòng)速度快，且使用無(wú)毒性的固態(tài)電解質(zhì)膜，可以做到真正的零排放，而且適宜于頻繁啟動(dòng)場(chǎng)合、具有比其它類型的燃料電池更高的功率密度，在航天、航海以及電動(dòng)汽車方面有著巨大的市場(chǎng)潛力，其發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究已在世界范圍內(nèi)掀起高潮，成為當(dāng)前國(guó)際上燃料電池研制開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
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021-31587108
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