本發(fā)明涉及一種適用于燃料電池汽車的三端口變換器及其控制方法，屬于燃料電池汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、根據(jù)蓄電池連接到高壓母線的方式，燃料電池汽車的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般分為單向dc-dc結(jié)構(gòu)和雙向dc-dc結(jié)構(gòu)，然而這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在以下問(wèn)題：

2、如圖1所示，單向dc-dc結(jié)構(gòu)是將蓄電池直接并聯(lián)在高壓母線兩側(cè)，不需要單獨(dú)的dc-dc變換器。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但由于蓄電池直接掛接在高壓母線上，高壓母線電壓會(huì)隨著蓄電池的剩余電量不同而發(fā)生較大范圍的變化，從而給電機(jī)設(shè)計(jì)造成一定困難。此外，由于該結(jié)構(gòu)僅有一個(gè)dc-dc變換器，蓄電池和燃料電池的功率分配只能通過(guò)調(diào)節(jié)高壓母線電壓來(lái)間接控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量直接解耦控制。

3、如圖2所示，雙向dc-dc結(jié)構(gòu)是為燃料電池和蓄電池分別配備了dc-dc變換器，也即燃料電池和蓄電池分別通過(guò)一個(gè)dc-dc變換器與高壓母線相連。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于高壓母線電壓較為恒定，且方便解耦控制燃料電池和蓄電池的功率分配，但缺點(diǎn)在于體積大，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)目前商用燃料電池汽車電氣系統(tǒng)中母線電壓波動(dòng)較大、功率無(wú)法解耦控制等問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種適用于燃料電池汽車的三端口變換器及其控制方法，在滿足高壓母線電壓恒定、功率解耦控制的同時(shí)，降低了變換器的體積和成本。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種適用于燃料電池汽車的三端口變換器，所述三端口變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路和副邊移相全橋；所述原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路的輸入側(cè)和輸出側(cè)分別用于連接燃料電池汽車燃料電池電堆和蓄電池；所述副邊移相全橋與所述原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路相耦合，且所述副邊移相全橋的輸出側(cè)用于連接高壓母線或負(fù)載。

4、進(jìn)一步，所述原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路包括并聯(lián)連接的第一boost支路和第二boost支路，且所述第一boost支路和第二boost支路相位相差180°。

5、進(jìn)一步，所述第一boost支路包括第一耦合電感、第一原邊上開(kāi)關(guān)管和第一原邊下開(kāi)關(guān)管，第二boost支路包括第二耦合電感、第二原邊上開(kāi)關(guān)管和第二原邊下開(kāi)關(guān)管；

6、所述第一耦合電感和第二耦合電感的一端并聯(lián)后作為輸入側(cè)與燃料電池汽車內(nèi)燃料電池電堆正極連接；

7、所述第一耦合電感的另一端同時(shí)連接所述第一原邊上開(kāi)關(guān)管的源極端和第一原邊下開(kāi)關(guān)管的漏極端；

8、所述第二耦合電感的另一端同時(shí)連接第二原邊上開(kāi)關(guān)管的源極端和第二原邊下開(kāi)關(guān)管的漏極端；

9、所述第一原邊上開(kāi)關(guān)管的漏極端和第二原邊上開(kāi)關(guān)管的漏極端并聯(lián)后作為輸出側(cè)與燃料電池汽車內(nèi)蓄電池的正極連接；

10、所述第一原邊下開(kāi)關(guān)管的源極端和第二原邊下開(kāi)關(guān)管的源極端并聯(lián)后分別與燃料電池汽車的燃料電池電堆負(fù)極和蓄電池的負(fù)極連接；

11、所述第一耦合電感和第二耦合電感的原邊分別作為第一boost支路和第二boost支路的濾波電感；

12、所述第一耦合電感和第二耦合電感的副邊反向串聯(lián)后，漏感折合到所述副邊移相全橋。

13、進(jìn)一步，所述副邊移相全橋包括第三耦合電感、第四耦合電感以及移相全橋；

14、所述第三耦合電感和第四耦合電感串聯(lián)連接后兩端分別與所述移相全橋的中點(diǎn)處連接，且所述第三耦合電感與所述原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路中的第一耦合電感的副邊相耦合，所述第四耦合電感與原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路中的第二耦合電感相耦合；所述移相全橋用于移相。

15、進(jìn)一步，所述移相全橋包括并聯(lián)連接的第一移相支路、第二移相支路和電容支路；

16、所述第一移相支路包括串聯(lián)連接的第一副邊上開(kāi)關(guān)管和第一副邊下開(kāi)關(guān)管，且所述第一副邊上開(kāi)關(guān)管和第一副邊下開(kāi)關(guān)管的連接處作為移相全橋的其中一個(gè)中點(diǎn)；

17、所述第二移相支路包括串聯(lián)連接的第二副邊上開(kāi)關(guān)管和第二副邊下開(kāi)關(guān)管，且所述第二副邊上開(kāi)關(guān)管和第二副邊下開(kāi)關(guān)管的連接處作為所述移相全橋的另一個(gè)中點(diǎn)；兩中點(diǎn)分別與所述第三耦合電感和第四耦合電感相連；

18、所述電容支路上連接有電容，且所述電容兩端與高壓母線或負(fù)載相連。

19、進(jìn)一步，所述第一副邊上開(kāi)關(guān)管和第一副邊下開(kāi)關(guān)管占空比均為0.5，兩者導(dǎo)通時(shí)間均為0.5t；所述第二副邊上開(kāi)關(guān)管和第二副邊下開(kāi)關(guān)管的占空比均為0.5，兩者導(dǎo)通時(shí)間均為0.5t。

20、進(jìn)一步，所述副邊移相全橋中還設(shè)置有移相電感，所述移相電感與所述第三耦合電感、第四耦合電感串聯(lián)連接。

21、第二方面，本發(fā)明提供一種適用于燃料電池汽車的三端口變換器的控制方法，包括以下步驟：

22、將三端口變換器中的原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路的輸入側(cè)和輸出側(cè)分別連接燃料電池汽車燃料電池電堆和蓄電池；副邊移相全橋的輸出側(cè)連接高壓母線或負(fù)載；

23、對(duì)蓄電池上的電壓和負(fù)載上的電壓進(jìn)行采集，并基于電壓采集結(jié)果，對(duì)原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路的占空比以及副邊移相全橋的移相角進(jìn)行控制。

24、進(jìn)一步，所述對(duì)蓄電池上的電壓和負(fù)載上的電壓進(jìn)行采集，并基于電壓采集結(jié)果，對(duì)原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路的占空比以及副邊移相全橋的移相角進(jìn)行控制，包括：

25、對(duì)蓄電池上的電壓和負(fù)載上的電壓進(jìn)行采集；

26、根據(jù)電壓采集結(jié)果，對(duì)原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路的占空比進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得蓄電池的電壓維持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)；

27、對(duì)副邊移相全橋的移相角進(jìn)行控制，使得副邊移相全橋輸出到負(fù)載的電壓大小滿足預(yù)設(shè)要求。

28、進(jìn)一步，所述對(duì)副邊移相全橋的移相角進(jìn)行控制，使得副邊移相全橋輸出到負(fù)載的電壓大小滿足預(yù)設(shè)要求，包括：

29、對(duì)副邊移相全橋兩側(cè)的電壓進(jìn)行計(jì)算；

30、假設(shè)兩側(cè)的電壓分別為和，則的電壓幅值表示為：

31、

32、其中，為原邊電壓的電壓幅值，n為變壓器變比，為原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路的輸入電壓，為原邊交錯(cuò)并聯(lián)boost電路的占空比；

33、電壓的電壓幅值等于移相全橋的輸出電壓：

34、

35、其中，為移相全橋的輸出電壓，也就是三端口變換器負(fù)載上的電壓；

36、對(duì)和電壓波形的移相角進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得副邊移相全橋輸出到負(fù)載的電壓大小滿足預(yù)設(shè)要求。

37、本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

38、1、本發(fā)明由于設(shè)計(jì)了新型的三端口變換器，該變換器避免了兩個(gè)獨(dú)立dc-dc變換器體積大、成本高的缺點(diǎn)。該變換器的三個(gè)端口分別連接燃料電池電堆、蓄電池和高壓母線（負(fù)載），可以實(shí)現(xiàn)能量在三個(gè)不同的端口之間流動(dòng)，從而可以解耦控制燃料電池和蓄電池之間的功率分配；

39、2、本發(fā)明由于通過(guò)三端口變換器分別將燃料電池電堆和蓄電池與高壓母線相連，使得蓄電池不再直接并聯(lián)在高壓母線上，母線電壓也可以控制為恒定值，利于電機(jī)的設(shè)計(jì)。

40、本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于燃料電池汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域。