大功率交错式燃料电池直流-直流变换器研究*

刘水心，王金宇，台述鹏，高大威

（1.清华大学车辆与运载学院，北京 100084；2.北京科技大学机械工程学院，北京 100083；3.潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061）

0 引言

为了解决传统燃油汽车带来的环境污染和资源浪费等问题，新能源汽车产业被世界各国大力提倡。燃料电池汽车由于其能量转化效率高、续航里程较长并且能够实现零排放的优势，有着广阔的发展前景。

燃料电池汽车的动力系统结构如图1所示。燃料电池作为主要动力源，经氢气与氧气的化学反应，将化学能转变为电能并产生水，可以认为其污染物排放近似为零[1－2]。然而，以燃料电池作为汽车的主要动力源也存在着一些问题：燃料电池的输出特性较软，动态响应慢，输出电压波动较大，这无法满足车辆的整体需求，而且频繁变动的电流与电压也会对燃料电池造成不良影响，缩短其使用寿命[3]。为了解决这些问题、提高燃料电池的适用性，常常在动力系统中加入诸如高压蓄电池组或者超级电容等辅助动力源，这会造成各个动力源之间的电压、功率不匹配的问题，一般需要直流－直流（DC－DC）变换器来进行调配。

图1 燃料电池动力系统结构

燃料电池动力系统中的直流－直流变换器的作用主要有以下几点[4－6]。

（1）电压匹配：受自身性能和负载变化的影响，燃料电池汽车动力系统中的各个动力源，例如燃料电池、超级电容和蓄电池等，输出电压波动较大。而车辆上的负载，如转向系统、空调系统、驱动电机系统等，则要求输入电压稳定。……