用于燃料电池车的DC-DC变换器及燃料电池车的制作方法

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种用于燃料电池车的dc-dc(直流-直流)变换器，以及一种使用上述dc-dc变换器的燃料电池车。

背景技术：

随着环境污染和能源危机问题的日益凸显，以电能驱动新能源汽车受到了越来越多的重视。燃料电池电动汽车(fcev)以其清洁、高效等优势，得到迅猛的发展。

在电动汽车的实际应用中，现有的燃料电池存在输出特性偏软，输出电压变化较大的问题。然而，电动汽车的电机驱动系统却要求偏硬的输入特性，以为其提供稳定的输入电压。因此，现有的燃料电池存在无法满足整车电压稳定性需求的问题。

基于以上原因，本领域亟需一种能够稳定燃料电池的输出电压，并大功率地为电动汽车的电机驱动系统提供电能的dc-dc变换器。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于燃料电池车的dc-dc变换器，以实现稳定燃料电池的输出电压，并大功率地为电动汽车的电机驱动系统提供电能的目的。

本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器，包括：一箱体、一信号调制模块、n个驱动模块，以及n个相互并联的boost电路(一种升压电路)，其中，上述n为大于或等于2的整数，每一个上述boost电路均包括：功率电感，以及与上述功率电感对应的一sic(碳化硅)功率模块；

上述信号调制模块、上述n个驱动模块，以及n个上述boost电路分别设置于上述箱体内，每一个上述功率电感均采用灌封的方式集成于上述箱体内；

上述信号调制模块分别与n个上述驱动模块电连接，上述驱动模块与上述sic功率模块一一对应，每一个上述驱动模块分别与对应的上述sic功率模块电连接，每一个上述功率电感分别与对应的上述sic功率模块电连接；

上述信号调制模块配置为依次生成相位差为(360/n)度的n路pwm(脉冲宽度调制)信号，并且将上述n路pwm信号发送至上述驱动模块；

上述驱动模块配置为将每一路pwm信号分别发送至对应的上述sic功率模块，以根据每一路pwm信号分别控制对应的上述sic功率模块的开通或关断。

优选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器还可以包括一盖板；

上述盖板可拆卸地盖设于上述箱体上，以使上述箱体内形成密闭空间；

上述信号调制模块、n个上述驱动模块，以及n个上述boost电路可以分别设置于上述密闭空间内。

优选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器还可以包括一锁定装置；

上述锁定装置与上述盖板联动，当从上述箱体拆卸上述盖板时，上述盖板用于触发上述锁定装置，以切断接入上述dc-dc变换器的电源。

可选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器还可以包括n个电感电流检测模块；

上述电感电流检测模块与上述功率电感一一对应，并且每一个上述电感电流检测模块分别与对应的上述功率电感电连接；

上述电感电流检测模块分别用于采集上述功率电感的电流值。

可选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器还可以包括：2m个直流输入接口，以及2个直流输出接口，m为大于或等于1的整数；

2m个上述直流输入接口分别电连接至上述dc-dc变换器的直流输入端，上述直流输入端为n个上述boost电路的输入端；

2个上述直流输出接口分别电连接至上述dc-dc变换器的直流输出端；

每一个上述直流输入接口，以及每一个上述直流输出接口上均可以设有一磁环。

优选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器还可以包括至少2个电压传感器；

上述电压传感器用于采集上述直流输入端的电压值，上述电压传感器还用于采集上述直流输出端的电压值；和/或，

上述dc-dc变换器还可以包括电流传感器；

上述电流传感器用于采集上述直流输出端的电流值。

可选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器还可以包括can(控制器局域网络)通信接口；

上述can通信接口用于与上述燃料电池车的整车控制器通过can总线通信连接。

可选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器还可以包括散热器；

上述散热器可以包括：分别设置于上述箱体上的冷却液进水口，以及冷却液出水口；

上述冷却液进水口，以及上述冷却液出水口之间形成液体流路；

上述液体流路用于对上述dc-dc变换器进行散热。

可选地，在本发明提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述功率电感的磁芯的材质可以包括钼坡莫合金(mpp)。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种燃料电池车，上述燃料电池车包括上述任意一种dc-dc变换器。

基于以上描述，本发明的有益效果主要在于：能够稳定燃料电池的输出电压，并大功率地为电动汽车的电机驱动系统提供电能。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的所述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1为本发明一实施例提供的dc-dc变换器的电路示意图。

图2a为本发明一实施例提供的dc-dc变换器的结构示意图。

图2b为本发明一实施例提供的dc-dc变换器的结构示意图。

图3为本发明一实施例提供的车用燃料电池系统的结构示意图。

附图标记说明：

1燃料电池；

2磁环；

3电压传感器；

4电感电流检测模块；

5功率电感；

6sic功率模块；

7续流二极管；

8输出电容；

9电流传感器；

10负载；

11驱动模块；

12信号调制模块；

13can通信接口；

14箱体；

15散热器；

16直流输入/输出接口；

17锁定装置；

18dc-dc变换器；

19燃料电池辅助设备；

20燃料电池控制器；

21整车控制器；

22dc-dc降压变换器；

2324v蓄电池；

24动力电池组；

25动力电池管理系统；

26电机控制器；

27电机；

28动力系统电力主接线；

29控制电源电气接线；

30can网络通信线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于燃料电池车的dc-dc变换器的实施例，以实现稳定燃料电池的输出电压，并大功率地为电动汽车的电机驱动系统提供电能的目的。

本实施例提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器，包括：箱体14、信号调制模块12、两个驱动模块11，以及两个相互并联的boost电路。

如图1所示，上述两个boost电路分别包括：功率电感5，以及与上述功率电感5对应的续流二极管7和sic功率模块6。上述两个boost电路共用一个输出电容8。

相比于常规的功率开关(si功率开关)，上述sic功率模块6可以在更高频和更大功率的条件下稳定工作，而且其导通损耗和开关损耗远低于常规的功率开关。

因此，通过采用上述sic功率模块6，可以有效提高上述dc-dc变换器输出电压的稳定性，以及上述dc-dc变换器的能量利用效率。

上述信号调制模块12与上述两个驱动模块11电连接，用于控制上述驱动模块11驱动对应的上述sic功率模块6。

上述信号调制模块12配置为依次生成相位差为180度的两路pwm信号，并且将上述两路pwm信号发送至上述驱动模块11。

上述pwm信号可以是设置在上述信号调制模块12内部的控制板，根据上述boost电路的输入电压、输入电流，以及上述boost电路需要获得的输出电压、输出电流的信息，通过计算获得的。

上述boost电路的输入电压，可以是通过设置在上述dc-dc变换器的直流输入端的电压传感器3采集获得的。

上述直流输入端有两个端点，分别连接上述燃料电池1的正极和负极。

上述boost电路的输入电流，可以是通过两个电感电流检测模块4采集获得的。

上述电感电流检测模块4与上述功率电感5一一对应，分别设置在上述两个功率电感5的对应支路上，并且每一个上述电感电流检测模块4分别与对应的上述功率电感5电连接，以保证高频工作下的电流采样精度。

上述boost电路需要获得的输出电压、输出电流的信息，可以通过上述控制板从整车控制器获取。上述dc-dc变换器还可以通过设置在其直流输出端的电压传感器3，获取上述boost电路的实际输出电压；并通过设置在其直流输出端的电流传感器9，获取上述boost电路的实际输出电流，从而对上述两路pwm信号进行电流环和电压环的双闭环控制，以进一步地提升上述dc-dc变换器输出电压的稳定性。

本领域的技术人员可以理解，上述信号调制模块12配置为依次生成相位差为180度的两路pwm信号，只是本实施例中相应于采用两个上述boost电路的一种具体方案。

在其他实施例中，本领域的技术人员也可以相应于采用n个上述boost电路的具体方案，将上述信号调制模块12配置为依次生成相位差为(360/n)度的n路pwm信号，从而在每路pwm信号之间采用同理于本实施例的错相控制，以实现相同于本实施例的减小纹波电流，并提升输出电压稳定性的目的。

更进一步地，本领域的技术人员还可以通过采用上述电压传感器3、上述电感电流检测模块4，以及上述电流传感器9，实时检测每一个上述boost电路的输入电压参数、输出电压参数和输入电流参数，以实现控制上述dc-dc变换器中，实际工作boost电路的相数的目的，从而提高小电流工作时，上述sic模块6等功率器件的能量效率。

本领域的技术人员还可以理解，采用上述电压传感器3、上述电感电流检测模块4，以及上述电流传感器9，只是本实施例提供的一种优选方案，用于通过实时检测每一个上述boost电路的输入电压参数、输出电压参数和输入电流参数，以实现闭环控制上述pwm信号的目的，从而提升上述dc-dc变换器输出电压的稳定性；并实现控制上述dc-dc变换器中，实际工作boost电路的相数，从而提高小电流工作时，上述sic模块6等功率器件能量效率。

如图1所示，在本实施例提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述两个驱动模块11与上述两个sic功率模块6一一对应，分别与上述两个sic功率模块6的驱动端电连接，以驱动对应的上述sic功率模块6。上述驱动模块11配置为将上述两路pwm信号分别发送至对应的上述sic功率模块6，以根据上述两路pwm信号分别控制对应的上述sic功率模块6的开通或关断。

上述功率电感5的一端与上述燃料电池1的正极电连接，另一端分别与对应的上述sic功率模块6的一个功率端电连接。上述sic功率模块6的另一个功率端与上述燃料电池1的负极电连接。

上述boost电路，可以通过上述sic功率模块6的开通或关断，以实现为上述燃料电池1升压、降压，和/或稳定输出电压的目的。

同时，通过采用上述boost电路，上述dc-dc变换器还可以很好地解决上述燃料电池1直流输出端的阻抗匹配问题，从而有效控制上述燃料电池1的输出功率，以改善上述燃料电池1的工作状态。

如图2a和图2b所示，在本实施例提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述dc-dc变换器的箱体14内部可以分为上、中、下三部分。

上述功率电感5的磁芯的材质可以包括钼坡莫合金(mpp)。钼坡莫合金具有很高的导磁率、饱和磁感应强度、饱和电流，以及较低的矫顽力和电阻率，可以有效的减小上述功率电感5的体积和重量。因此，可以通过灌封工艺，将上述两个功率电感5集成在上述箱体14内的上部，以实现减小上述dc-dc变换器体积和重量的目的；同时也能够变相地提升上述dc-dc变换器的功率上限。

上述箱体14内的中部，可以进一步设置为多层结构。

图2a绘示了上述箱体14内部第一层的结构示意图。上述箱体14内的第一层上设置的电气元件可以包括：上述电感电流检测模块4、上述输出电容8、上述电流传感器9，以及上述驱动模块11。

图2b绘示了上述箱体14内部第二层的结构示意图。上述箱体14内的第二层上设置的电气元件可以包括：上述信号调制模块12和上述驱动模块11。

本领域的技术人员可以理解，将上述箱体14内部分为上、中、下三部分，以及多层的结构，只是本实施例提供的一种优选方案，主要用于上述dc-dc变换器内部的高压功率端和低压控制端之间的电位隔离，以及满足功率器件的散热需求。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以不采用上述分部、分层结构；或采用其他分部、分层结构，以实现基本的稳定上述燃料电池1输出电压的目的。

如图2a和图2b所示，在本实施例提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，为了提升用电安全性，上述dc-dc变换器的箱体14还可以设有可拆卸的盖板(未绘示)。

上述盖板(未绘示)可以通过设于上述箱体14四周的螺孔，可拆卸地设置在上述箱体14上，以使上述箱体14内形成密闭空间。上述信号调制模块12、上述驱动模块11，以及上述两个boost电路可以分别设置于上述密闭空间内。

上述箱体14内部的第一层上，还可以设有与上述盖板联动的锁定装置17。当从上述箱体14拆卸上述盖板时，上述盖板可以触发上述锁定装置17，以切断接入上述dc-dc变换器的电源，从而防止用户操作不当所引发的触电隐患。上述触发可以是通过逻辑电路的逻辑锁定来实现的，也可以是通过简单的机械结构(例如：两个导体的接触与断开)来实现的。

本领域的技术人员可以理解，上述可拆卸的盖板和上述锁定装置17，只是本实施例提供的一种优选方案，主要用于防止用户操作不当所引发的触电隐患。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以仅采用其中的任意一个部件，以实现防止用户直接接触带电元件的目的；或不采用上述盖板或锁定装置17，以仅实现基本的稳定上述燃料电池1输出电压的目的。

如图2a和图2b所示，在本实施例提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述箱体14的外壳上还可以设有四个直流输入接口，以及两个直流输出接口。

以每两个上述直流输入接口为一组，分别电连接至上述两个boost电路输入端的两个端点，从而控制每个上述boost电路的输入电流。每组上述直流输入接口中的一个接口连接正极，另一个接口连接负极。

以两个上述直流输出接口为一组，电连接至上述dc-dc变换器的直流输出端，其中一个接口连接正极，另一个接口连接负极。

每一个上述直流输入接口，以及每一个上述直流输出接口上均可以设有一个磁环2，以提高上述dc-dc变换器的电磁兼容性能。上述磁环2可以设置在上述箱体14内的下部，以靠近上述直流输入/输出接口16。

本领域的技术人员可以理解，上述四个直流输入接口，以及两个直流输出接口，只是本实施例提供的一种具体方案，用于分路控制每个上述boost电路的输入电流。

在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用两个直流输入接口，连接上述燃料电池1的两个端点；或采用六个直流输入接口，从而分路控制三个上述boost电路的输入电流；或采用两个直流输入接口，并通过内部分线的形式，分路控制n个上述boost电路的输入电流。相应地，本领域的技术人员也可以采用四个、六个或更多偶数个直流输出接口，以分别连接多个负载。

本领域的技术人员还可以理解，每一个上述直流输入接口，以及每一个上述直流输出接口上均设有一个磁环2，只是本实施例提供的一种优选方案，主要用于减小磁环2体积，降低磁环2重量。

在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用一个大磁环2环绕所有上述直流输入/输出接口16，以实现相同的提高上述dc-dc变换器的电磁兼容性能的目的；也可以不采用上述磁环2，以仅实现基本的稳定上述燃料电池1输出电压的目的。

如图2b所示，在本实施例提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述箱体14内部的第二层上，还可以设有一组can通信接口13。上述can通信接口13，包括：正极canh和负极canl，用于连接上述燃料电池车的can总线，从而与上述燃料电池车的整车控制器通信连接。

相应地，上述boost电路需要获得的输出电压、输出电流的信息，也可以是上述信号调制模块12的控制板通过上述can通信接口13和上述can总线，从上述整车控制器获取的。

本领域的技术人员可以理解，上述can通信接口13和上述can总线，只是本实施例提供的一种具体方案。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用其他通信方式和相应的通信接口，实现上述dc-dc变换器与上述燃料电池车的整车控制器的通信连接。

如图2a所示，在本实施例提供的上述用于燃料电池车的dc-dc变换器中，上述箱体14中还可以设有散热器15。

上述散热器15可以包括：分别设置于上述箱体14外壳上的冷却液进水口和冷却液出水口。上述冷却液进水口，以及上述冷却液出水口之间形成液体流路(未绘示)。上述液体流路(未绘示)设置于上述箱体14内部，围绕上述sic功率模块6、功率电感5、电感电流检测模块4，以及输出电容8，用于对上述dc-dc变换器进行散热。

上述散热器15可以是一体集成于上述箱体14的，从而进一步减小上述dc-dc变换器的体积，以提高上述dc-dc变换器的功率密度。

本领域的技术人员可以理解，用于对上述dc-dc变换器进行散热的散热器15，只是本实施例提供的一种优选方案。在其他实施例中，本领域的技术人员也可以采用散热器对其他功率器件散热；或在小功率工作的情况下，即使不采用散热器，也能实现稳定上述燃料电池1输出电压的目的。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种燃料电池车的实施例，上述燃料电池车可以包括上述任意一种dc-dc变换器。

图3所示绘示了上述燃料电池车的车用燃料电池系统的结构示意图。

如图3所示，上述dc-dc变换器的两个直流输入接口，分别连接上述燃料电池1的正极和负极。

上述dc-dc变换器的直流输出接口分为两组，其中一组直流输出接口连接dc-dc降压变换器，用于为上述燃料电池车的24v或12v蓄电池23供电。另一组直流输出接口，分别连接上述燃料电池车的动力电池组24和电机控制器26，用于为上述动力电池组24供电；并在上述动力电池组24电压不足的情况下，直接通过上述电机控制器26，为上述燃料电池车的电机27供电。

本领域的技术人员可以理解，上述车用燃料电池系统的具体结构，只是本实施例提供的一种具体方案。在其他实施例中，在不违背本发明的主要构思的前提下，本领域的技术人员也可以采用其他结构的车用燃料电池系统，以实现相同的稳定上述燃料电池1输出电压的目的。

本实施例提供的上述dc-dc变换器，作为燃料电池车的关键动力部件，可以将上述燃料电池1的直流电压，单向升压变换为适用于上述动力电池组24、电机控制器26，以及整车和燃料电池辅助设备需要的高压直流电，从而驱动整车电力及动力系统工作。

尽管为使解释简单化将所述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。