武汉理工大学
硕士学½论文
燃料电池电动½½½½½大功率DC/DC研究
姓名：邹文
申请学½级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：全书海
20070501
武汉理工大学硕士学½论文
捅要
随着½源、环保等问题的日益突出，燃料电池电动½½成为近年来发展迅
速的一种新型½½，是２１世纪最具有发展前途的绿色清洁½½。燃料电池电
动½½是用燃料电池替代传统的燃油½为½½½½源的，然而目前的燃料电池
输出特性偏½及动态性½较差的特点½得其单独½为½辆的动力源并不合
适。因此一般配备辅助½源和燃料电池共同构成燃料电池电动½½的动力系
统。由于两种½源的输出电压等级不一致，故一般采用ＤＣ／ＤＣ变换器进行
电压匹配和½换。本文正是以燃料电池电动½½用大功率ＤＣ／ＤＣ½换器为研
究对象，展开其硬件拓扑结构分析及系统½硬件设计工½，最后对ＤＣ／ＤＣ系
统进行了仿真研究，具½研究内容如下：
首先对燃料电池电动½½的多½源混合动力系统结构½了详细分析。讨论
了燃料电池电动½½的电气系统的组成，并介绍了各组成模块的结构和功½。
在此基础上，重点介绍了燃料电池电动½½½½½大功率ＤＣ／ＤＣ变换器的特点
和设计要求。
根据燃料电池的输出特性和系统的设计要求，在比较了隔离和非隔离两种
不同的解决方案后，选择ＺＶＴ－ＢＯＯＳＴ电路½为ＤＣ，½ＤＣ变换器主电路的拓扑
结构，并分析了该电路拓扑结构的工½原理。
以ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ
ＤＳＰ为控制器核心，设计了硬件电路。对主电路的参
数进行了整定，同时完成了各个控制系统外设模块和ＩＧＢＴ驱动电路的设计。
结合ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ ＤＳＰ的硬件资源，对燃料电池电动½½½½½大功率
ＤＣ／ＤＣ变换器的控制½件系统进行了研究和设计。
在介绍滑模变结构控制基本原理的基础上，针对本系统的设计，建立了燃
料电池电动½½½½½ＤＣ／ＤＣ变换器的数学模型。在模型分析的基础上，提出
了ＤＣ／ＤＣ变换器的滑模变结构控制方案。并用ＭＡＴＬＡＢ½件对所设计的控
制系统进行仿真实验，仿真结果证明了理论分析和计算的正确性。
本文所设计的ＤＣ／ＤＣ变换器符合燃料电池的输出特性，可以有效地提高
燃料电池的工½效率，有较高的应用价值。
关键词：
燃料电池电动½½，直流，直流变换器，滑模变结构控制，仿真
武汉理工大学硕士学½论文
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武汉理工大学硕士学½论文
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武汉理工大学硕士学½论文
第１章绪论
１．１引言
随着½½工业的高速发展，全球½½总保有量不断增加，½½所带来的
环境污染、½源短缺、资源枯竭等方面的问题越来越突出。½½尾气排放限
制越来越严格，并向超½排放、零排放发展。另外，矿物燃料日渐减少并最
终会枯竭、全球变暖和大气污染问题日益严重，½得½½制造者和½用者比
以往任½时候½更加关注节½和提高燃料经济性的问题。电动½½具有高
效、节½、½噪声、零排放等显著优点，在环保和节½方面具有不可比拟的
优势，因此它是解决上述问题的有效途径。
在电动½½领域，我½和西方发达½家处在同一起跑线上，某些方面还
处于世界领先地½，这为我½½½工业技术实现跨越发展提供了一次历史性
的机遇。更重要的是我½还有后发优势。有关分析认为，电动½½之所以在
西方没有发展起来，表面原因是成本没有降到可以与燃油½½相竞争的水
平，½更深层次的原因是传统½½工业强大的惯性，因为生产电动½½不仅
仅是发动机的更改，而且是设计、制造、材料、电气、控制和整个社会服务
½系的全面的变革。这就意味着以传统½½工业为基础的½家，整个工业½
系面临巨大调整，代价难以承受。这实际上为我½提供了一个机会，我½½
½工业和西方相比，相½弱小，没有结构调整的沉重的包袱，这便是可以充
分利用的后发优势【“。
目前电动½½分为三种：纯电动½½、燃料电池电动½½和混合动力电动
½½。由于传统的蓄电池的性½和价格远未达到电动½½实用化的要求，因
此电动½½研究开发和推广应用的关键在于高性½价格比的电池的研制开发
闭。燃料电池具有½量½化率高，燃料多样化，环境污染小、噪音½、可靠
性强、维修性½等优点。因此开发燃料电池½½，在½源环保½式日益严峻
的情况下倍受瞩目。各大½½公司也开始研究½够用于½½的质子交换膜燃
料电池（ＰＥＭＦＣ）。随即引发了ＰＥＭＦＣ½½的研究热½，极大地推动了其
发展。
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