1.4 燃料電池汽車動力系統中的電能復合

1.4.1 電流變換的基本原理

通過前面關于燃料電池發動機的介紹可知，由于燃料電池輸出電壓較低、輸出特性較軟及響應速度較慢的影響，使得直接采用燃料電池給驅動電機供電的燃料電池汽車動力總成方案變得不太現實。為了改善燃料電池的輸出特性，必須通過變換器將燃料電池的電壓變換后給驅動電機供電，這樣可以起到電源電壓及電源阻抗與負載匹配的作用，由于燃料電池、儲能電池和電機逆變器的輸入都是直流電，因此這個變流過程稱為DC/DC變換。

DC/DC變換器按功能可分為升壓變換器（Boost變換器）、降壓變換器（Buck變換器）和升降壓變換器（Boost-Buck變換器），在燃料電池汽車中主要采用升壓變換器。按實現原理，不同DC/DC變換器可分為直-交-直變換器（DC-AC-DC變換器）和斬波器（Chopper）。

直-交-直變換器（圖1-18）首先通過電力電子器件將直流電源U_i轉變成交流電（一般稱作逆變），然后通過變壓器（升壓比為1:n）升壓，最后通過整流、濾波電路產生變壓后的直流電，以供負載使用。

斬波器（圖1-19、圖1-20）就是利用電力電子技術中的開關器件（如MOS場效晶體管和絕緣柵雙極型晶體管）等將直流電源電壓/電流斷續加到負載上，通過通、斷的時間變化來改變負載電壓平均值，再經過電感或電容濾波，實現升、降壓目的。

直-交-直變換器和斬波器都可以實現電壓的改變，同時改善電源的輸出特性，但同時又各有特點。

1）直-交-直變換器由于采用變壓器改變直流平均電壓，所以輸入與輸出部分是完全隔離的，而斬波器則是共地的，且變壓器可以通過匝數比設計，實現很高的升/降壓比。

2）由于斬波器采用電力電子器件，損耗主要是開關器件自身的開關損耗，而直-交-直變換器的損耗除了開關損耗之外，還有變壓器的銅耗和鐵耗，相比之下后者的損耗較大，效率較低，同時體積和質量也較大。

在燃料電池汽車中，考慮到在電氣上各個動力部件都是共地的，同時又由于汽車在空間及經濟性等方面的要求，一般采用升壓斬波器來實現直流電源升壓。

但在其他應用場合，如升壓比要求比較高的場合，或者對絕緣要求很高的場合，也有采用直-交-直進行隔離變換的方案。