[发明专利]波纹消除

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张2007年5月7日申请的美国专利申请案11/797,707的权益，所述 专利申请案以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明一般来说涉及电力转换系统领域。更特定来说，本发明的实施例采用各种 架构的电力转换系统及各种方法来转换电力。再更特定来说，本发明的实施例涉及用 于由燃料电池所产生的电力的电力转换系统。

背景技术

燃料电池系统当前正用于各种电力供应应用中。如果应用需要特定电压或电流， 那么将燃料电池组合成称为“堆栈”的单元，其中所述燃料电池串联电连接以满足这 些要求。燃料电池堆栈泛指所谓的燃料电池段或列，其可含有一个或一个以上燃料电 池堆栈。在某些应用中，许多燃料电池段可因所述燃料电池的载流能力的限制而需要 具有较高电力。对于可靠操作，可控制个别堆栈电流以改善燃料利用。

燃料电池产生在燃料电池电力转换系统(也称为电力调节系统)中转换的电力。 电力转换系统是以某一方式变更由源所所产生的电力的特性的系统。对于产生DC(直 流)电的燃料电池的情况，此可意味着直流电力转换为不同电压及/或电流电平、转换 为具有特定RMS(均方根)电压的AC(交流)电、产生三相交流电或以上全部。通 常，直流源的电压电平的改变可使用DC/DC(直流/直流)转换器来完成，而直流到 交流的改变使用DC/AC(直流/交流)转换器或反相器来完成。

在燃料电池的未来使用中，预期在应用的容量及数目两方面上将有所增加，这需 要尽可能高效地设计及构造燃料电池电力系统。为促进燃料电池电力控制系统的设计 及制造，允许设计灵活性同时最小化产生此架构所需的组件的数目是有利的。

特定来说，对使用燃料电池来减小穿过所述燃料电池的波纹电流的效应的电力产 生系统感兴趣。波纹电流为燃料电池的总电流函数的AC(交流)分量。波纹电流可 由燃料电池系统中的各种组件产生。波纹电流可导致燃料电池的无效电力产生且可损 坏燃料电池。因此，需要减小燃料电池系统中波纹电流的效应。

发明内容

如下文中所讨论，本发明的一个实施例采用借助两个总线方法及中心抽头中性线 构造的电力转换系统。此实施例用于促进模块化方法及对由电力转换系统从燃料电池 堆栈抽取的电力的控制。此外，在一些实施例中具有如下燃料电池电力转换系统是有 利的，其中燃料电池热箱中个别布线堆栈列的数目可被3及2整除(意味着可被6整 除)以实现最适宜电力电子架构。

一个实例性实施例涉及一种燃料电池电路，其包括：第一燃料电池段，其具有正 端子及负端子；第二燃料电池段，其具有正端子及负端子；中性线；且其中所述第一 燃料电池段的所述负端子电连接到所述第二燃料电池段的所述正端子及所述中性线两 者。

另一实施例涉及一种电力转换模块，其包括：多个直流/直流转换器分支，每一分 支包括直流/直流转换器；及多个串联连接，其包括两个燃料电池段；其中每一直流/ 直流转换器分支连接到包括两个燃料电池段的所述串联连接中的至多一者；且其中直 流/直流转换器分支的总数目为3的整数倍。

又一实施例涉及一种用于将直流转换为交流的方法，其包括：在第一直流/直流转 换器的输入处接受包括两个燃料电池段的第一串联连接的第一输出；在第二直流/直流 转换器的输入处接受包括两个燃料电池段的第一串联连接的第二输出；在第一反相器 的第一输入处接受所述第一直流/直流转换器的第一输出；在所述第一反相器的第二输 入处接受所述第二直流/直流转换器的第一输出；及相对于连接到参考电位的中性线， 从所述第一反相器的所述第一及第二输入产生第一交流输出。。

又一实施例涉及一种用于减小燃料电池系统中的波纹电流的方法，其包括：将燃 料电池段的正输出供应到第一直流/直流转换器；将所述燃料电池段的负输出供应到第 二直流/直流转换器；其中所述第一直流/直流转换器的输出与所述第二直流/直流转换 器的输出电连接；将所述燃料电池段的所述正输出供应到第三直流/直流转换器；将所 述燃料电池段的所述负输出供应到第四直流/直流转换器；且其中所述第三直流/直流转 换器的输出与所述第四直流/直流转换器的输出电连接。