燃料电池发电系统前级DC-DC变换器的研究

摘要

燃料电池是继火电、水电和核电之后的第四种发电方式，它以效率高、功率密度大、几乎零污染、地域限制小、容量可根据需要而定等优点成为国内外研究的热点，而燃料电池电能变换技术则是燃料电池发电系统的重要组成部分。本文研究双级式燃料电池发电系统的前级DC-DC变换器及其控制，设计了基于单片机XE164FM的200W推挽正激变换器的试验装置。
　　 论文首先介绍了燃料电池的类型及其各自优势，阐明选择用质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCells，PEMFC)的原因，并深入研究PEMFC的输出特性，通过数学建模仿真分析了其外特性，说明使用电能变换器的必要性。
　　 其次，论述了现有的燃料电池发电系统的结构，根据本文的研究目标说明研究前级DC-DC变换器的重要性。针对燃料电池的外特性得到燃料电池发电系统对DC-DC变换器的要求，说明本文采用推挽正激变换器应用于燃料电池系统的优势。
　　 再次，详细分析了推挽正激变换器的工作原理，选用电压电流双闭环控制策略，分析了不同电压输入下控制系统的稳定性，仿真分析了推挽正激变换器用于燃料电池的动态性能。
　　 最后，对推挽正激变换器做了基于单片机XE164FM的硬件和软件设计。硬件主要包括高频变压器、驱动电路、检测电路的设计；软件主要包括主程序和PWM子程序的设计。仿真和试验结果，证明了推挽正激变换器在中小功率双级式燃料电池发电系统的应用优势。