1.4 燃料電池汽車動力系統(tǒng)中的電能復(fù)合

1.4.1 電流變換的基本原理

通過前面關(guān)于燃料電池發(fā)動機(jī)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(yīng)速度較慢的影響，使得直接采用燃料電池給驅(qū)動電機(jī)供電的燃料電池汽車動力總成方案變得不太現(xiàn)實(shí)。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(qū)動電機(jī)供電，這樣可以起到電源電壓及電源阻抗與負(fù)載匹配的作用，由于燃料電池、儲能電池和電機(jī)逆變器的輸入都是直流電，因此這個(gè)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(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)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(chǎn)生變壓后的直流電，以供負(fù)載使用。

斬波器（圖1-19、圖1-20）就是利用電力電子技術(shù)中的開關(guān)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(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷的時(shí)間變化來改變負(fù)載電壓平均值，再經(jīng)過電感或電容濾波，實(shí)現(xiàn)升、降壓目的。

直-交-直變換器和斬波器都可以實(shí)現(xiàn)電壓的改變，同時(shí)改善電源的輸出特性，但同時(shí)又各有特點(diǎn)。

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(shù)比設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)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(guān)器件自身的開關(guān)損耗，而直-交-直變換器的損耗除了開關(guān)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(shí)體積和質(zhì)量也較大。

在燃料電池汽車中，考慮到在電氣上各個(gè)動力部件都是共地的，同時(shí)又由于汽車在空間及經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，一般采用升壓斬波器來實(shí)現(xiàn)直流電源升壓。

但在其他應(yīng)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(jìn)行隔離變換的方案。