[发明专利]基于质子交换膜燃料电池的DC/DC变换和控制系统

说明书

技术领域

本发明属于通信备用电源技术领域，具体涉及一种基于质子交换膜燃料电池的通信备用电源的DC/DC变换和控制系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的装置。当源源不断的从外部向质子交换膜燃料电池供给氢气和氧气（或空气）时，它可以连续发电。燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。近年来，采用燃料电池作为通信备用电源在全球部署逐渐起步，目前已有几千套在网运行。传统备用电源供电方案，如柴（汽）油发电机和蓄电池，都具有相当大的弊端，柴（汽）油发电机日常维护复杂、机组维护与维护技术要求高，与蓄电池类似，环境适应性差，并且都是重要的环境污染源，相比于传统备用电源供电方案，燃料电池备用电源具有适应恶劣工作环境、可靠性高、无污染、维护成本低等优点。

然而，由于燃料电池具有低电压大电流的输出电气特性，并且其U-I输出曲线偏软，因此若要采用燃料电池作为备用电源，就必须要对其输出进行DC-DC转换，以使得其输出电压与相应负载需求相匹配。目前，常用的DC-DC变换器按有无变压器分类可分为隔离型和非隔离性，其中非隔离性包括BUCK、BOOST、BUCKBOOST、CUK、SEPIC、ZETA等；隔离型包括正激式、反激式、推挽式、半桥式、全桥式等。这些常用的DCDC转换器中比较适应大电流输入情况的很少，一般只有全桥式采用的较多，但由于全桥式对功率开关管采用的数量较多，并且电路中包含高频变压器，就使得变换器在成本方面大幅提高，并且增加了控制的复杂性，另外高频变压器的采用影响了变换器整机结构的紧凑型。

因此，提供一种结构简单紧凑、便于控制并且又适用于大电流输入情况的DC/DC变换器以解决现有技术之不足就显得十分重要。本发明就旨在提供一种达到以上各要求的DC/DC变换器的拓扑及控制方法，使得采用质子交换膜燃料电池作为通信备用电源更加可靠高效。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于质子交换膜燃料电池的DC/DC变换和控制系统，以满足大电流输出特性的质子交换膜燃料电池的电压实时变换，适应通信负载电压需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种基于质子交换膜燃料电池的DC/DC变换和控制系统，包括主电路模块和控制电路模块，所述主电路模块包括双级并联BUCK变换器，所述双级并联BUCK变换器设置在质子交换膜燃料电池和通信负载之间；所述控制电路模块包括DSP控制芯片、IGBT门极驱动电路单元、霍尔检测电路单元和输入模拟信号调节电路单元；所述IGBT门极驱动电路单元分别与所述DSP控制芯片的EV输出端口、PDPINT引脚以及所述双级并联BUCK变换器相连；所述霍尔检测电路单元一端连接在所述双级并联BUCK变换器的输出端与通信负载之间的电路上，另一端与所述输入模拟信号调节电路单元相连；所述输入模拟信号调节电路单元还与所述DSP控制芯片的ADC输入端口相连；所述霍尔检测电路单元采集所述双级并联BUCK变换器的电流电压信号，再通过输入模拟信号调节电路单元转化为DSP控制芯片所能采集的电压信号，所述DSP控制芯片将采集到的电压信号转化为控制信号传输给IGBT门极驱动电路单元，所述IGBT门极驱动电路单元通过PWM驱动芯片将该控制信号传输给所述双级并联BUCK变换器，从而实现电压的实时调节控制。

优选地，所述控制电路模块还包括温度传感电路单元和散热风扇驱动电路单元，所述温度传感器电路单元的一端与所述双级并联BUCK变换器相连，另一端与所述模拟信号调节电路单元相连；所述散热风扇驱动电路单元与所述DSP控制芯片相连；所述温度传感器电路单元采集到所述双级并联BUCK变换器的温度信号，再通过输入模拟信号调节电路单元转化为DSP控制芯片所能采集的电压信号，所述DSP控制芯片将采集到的该电压信号转化为控制信号传输到散热风扇驱动电路单元进行散热风扇转速控制，同时驱动散热风扇对所述双级并联BUCK变换器进行散热。

优选地，所述控制电路模块还包括与所述DSP控制芯片连接的RS232通信电路单元，所述DC/DC变换及控制系统通过所述RS232通信电路单元与上位机进行通信。