基于SiC的车载氢燃料电池DC/DC变换器设计

刘铭 张文超

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东省青岛市 266000）

与传统轨道交通车辆一样，燃料电池车辆也必须具有很强的机动性，以便对不同的路况及时做出相应的反应。为满足机动性的要求，车辆驱动所需功率会有较大的波动，这与燃料电池的输出特性偏软[3]是相矛盾的。

若以燃料电池作为电源直接驱动，会表现为输出特性偏软、输出电压较低，需要在燃料电池与牵引逆变器之间加入DC/DC 变换器，两者共同组成电源对牵引逆变器供电，从而转换成稳定、可控的直流电源，所以一个高性能的DC/DC 变换器对燃料电池车辆显得尤为重要[4]。

燃料电池DC/DC 变换器功率电路有隔离型和非隔离型两种。隔离型可以做到电气绝缘、安全性高，但体积大、成本高。而非隔离型在转换效率、动态响应特性及大功率拓展较隔离型优，因此在做好整车绝缘的基础上，非隔离型是车载DC/DC 的优选方案。

SiC 功率器件具有导通电阻小、高频特性好、 耐高温等优良特性[5-7]，能显著减少变换器开关损耗，提高系统整体转化效率。

鉴于氢燃料电池的输出特性，以及轨道交通的高功率密度要求，本文提出了一种基于SIC MOSFET 的非隔离型DC/DC 变换器电路设计方案。

1 系统拓扑

DC/DC 变换器应用于氢燃料轨道交通车辆，包含DC/DC 变换器模块、控制器和若干接触器、熔断器等其他电气部件。 DC/DC变换器主要功能是将氢动力系统中氢燃料电池提供的不稳定的直流电压变换成相对稳定的直流电压给氢动力系统中动力电池充电，输出电压跟随动力电池电压变化而相应变化。……