《新能源發(fā)電與控制技術(shù) 第4版》 課件 第5章 氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)

第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.1氫能5.2氫燃料電池5.3氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)5.4氫能發(fā)電控制技術(shù)主要內(nèi)容機(jī)械工業(yè)出版社2第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社3第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)氫能作為一種高效、清潔、可再生的能源，以其綠色無污染、原料豐富、利用方式多樣的優(yōu)勢(shì)贏得了人們的青睞。本章介紹氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)，圍繞氫能和燃料電池的角色、原理及應(yīng)用進(jìn)行闡述，主要內(nèi)容有氫能的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)以及運(yùn)輸，氫燃料電池的原理及主要形式，氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成及典型應(yīng)用，電源變換及控制技術(shù)。5.1氫能和燃料電池的角色作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產(chǎn)出來，例如煤炭、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能、水力、潮汐能、地?zé)崮?、核燃料等均可直接生產(chǎn)電能。而作為二次能源的汽油和柴油等則不然，生產(chǎn)它們幾乎完全依靠化石燃料。隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲(chǔ)量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的、儲(chǔ)量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種在常規(guī)能源危機(jī)的出現(xiàn)、在開發(fā)新的二次能源的同時(shí)人們期待的新的二次能源。目前液氫已廣泛用作航天動(dòng)力的燃料，但氫能大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有待解決以下關(guān)鍵問題：1）廉價(jià)的制氫技術(shù)

因?yàn)闅涫且环N二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氫效率很低，因此尋求大規(guī)模的廉價(jià)的制氫技術(shù)是各國(guó)科學(xué)家共同關(guān)心的問題；2）安全可靠的儲(chǔ)氫和輸氫方法

由于氫易汽化、著火、爆炸，因此如何妥善解決氫能的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問題也就成為開發(fā)氫能的關(guān)鍵。機(jī)械工業(yè)出版社4第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.2氫能5.2.1氫氣的生產(chǎn)

機(jī)械工業(yè)出版社5第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)

機(jī)械工業(yè)出版社6第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)

機(jī)械工業(yè)出版社7第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)

機(jī)械工業(yè)出版社8第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)

機(jī)械工業(yè)出版社9第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.2.2氫氣的轉(zhuǎn)化氫氣作為一種能源載體的同時(shí)也是一種能源。當(dāng)能源難以運(yùn)輸或需要進(jìn)行存儲(chǔ)以備不時(shí)之需時(shí)，可以轉(zhuǎn)化為氫以供容器存儲(chǔ)或管道運(yùn)輸，可能在商店出售，以及轉(zhuǎn)換為另一種能量形式供最終的使用。氫氣作為間斷性能源如太陽能和風(fēng)能的中間能源載體是可取的，還有與不易存儲(chǔ)電力有關(guān)的其他能源，例如核能。如果擴(kuò)展到使用化石能源，為避免二氧化碳排放，可以在初期把煤轉(zhuǎn)換成氫氣以控制溫室氣體排放。氫作為能源載體的優(yōu)勢(shì)包括環(huán)境通用性和使用廣泛，其缺點(diǎn)是需要容器和管道的高密封性以避免泄露。氫氣同樣可作為存儲(chǔ)介質(zhì)，氣態(tài)氫方便在含水層或鹽丘地下存儲(chǔ)，與天然氣存儲(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造相同，只需要一個(gè)更好的襯里。氫氣的低體積密度的特點(diǎn)使得儲(chǔ)氫容器制造有點(diǎn)昂貴，但對(duì)于工業(yè)上的許多應(yīng)用并至少在第一代氫燃料電池汽車和家庭規(guī)模的發(fā)電機(jī)方面，壓縮儲(chǔ)氫仍然被認(rèn)為是一個(gè)方便的解決方案。機(jī)械工業(yè)出版社10第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)氫作為燃料可以應(yīng)用到傳統(tǒng)的火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率與采用汽油或柴油作為燃料時(shí)是一樣高的。然而，由于氫氣較低的能量密度，在滿足壓力范圍限制的條件下，用氫氣作為燃料的活塞缸中，其沖程對(duì)應(yīng)的體積是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的2~3倍，這會(huì)導(dǎo)致乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)倉內(nèi)空間緊張。針對(duì)氫氣的燃燒特點(diǎn)，若氫氣在空氣中燃燒，當(dāng)溫度達(dá)到1700K以上時(shí)，氮氧化物會(huì)急劇增加，在這種情況下，氫氣的燃燒不再是一個(gè)無污染的過程。圍繞氫氣較大的可燃范圍和易燃兩個(gè)特點(diǎn)來看，氫氣在熱力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)中根據(jù)負(fù)荷狀況分別需要注意：低負(fù)荷時(shí)需要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行；在高負(fù)荷時(shí)，會(huì)存在需要處理的問題例如預(yù)燃、回火或爆燃。由于氫寬廣的燃燒范圍，則存在著顯著的安全問題。機(jī)械工業(yè)出版社11第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)另外，氫能和燃料電池可以在交通部門發(fā)揮巨大作用，因?yàn)樵谠撔袠I(yè)引進(jìn)替代能源（如可再生能源）是非常困難的。燃料電池是氫氣和氧氣發(fā)生自發(fā)燃燒反應(yīng)的電化學(xué)設(shè)備，其中氫氣作為燃料，氧氣作為氧化劑，在進(jìn)入電池時(shí)為氣相，反應(yīng)的產(chǎn)物有水、電子和熱量，整個(gè)反應(yīng)過程不產(chǎn)生污染物，并且大部分燃料電池不產(chǎn)生溫室氣體，因此，燃料電池是一個(gè)有效的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生電能和熱能。機(jī)械工業(yè)出版社12第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)燃料電池除了擁有很高的實(shí)用性和適應(yīng)性，還具備以下優(yōu)點(diǎn)：1）

高轉(zhuǎn)換率；2）

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的有效利用；3）

有效降低了反應(yīng)壓力，同時(shí)工作溫度范圍為80~1000℃，遠(yuǎn)低于內(nèi)燃機(jī)的2300℃；4）

高度的系統(tǒng)擴(kuò)展性，整合電池組的性能與電池組的規(guī)模無關(guān)；5）

可以與其他能源協(xié)同使用，降低當(dāng)今的能源環(huán)境沖突；6）

電池的性能與負(fù)載的變化無關(guān)；7）

電池能夠迅速地對(duì)負(fù)載的變化做出響應(yīng)；8）

容易組裝，沒有活動(dòng)的組件。除了以上優(yōu)點(diǎn)之外，燃料電池也具有一些缺點(diǎn)，比如使用鉑之類的價(jià)格高昂的催化劑，另外，燃料電池的壽命相對(duì)較短。機(jī)械工業(yè)出版社13第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.2.3氫氣的儲(chǔ)存儲(chǔ)氫方式可以大致分類為物理存儲(chǔ)、物理化學(xué)存儲(chǔ)和化學(xué)存儲(chǔ)。1）物理儲(chǔ)存；2）物理化學(xué)儲(chǔ)存；3）化學(xué)儲(chǔ)存。機(jī)械工業(yè)出版社14第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.2.4氫氣的運(yùn)輸氫氣常以氣態(tài)或液態(tài)的方式傳輸。傳輸和儲(chǔ)存是相關(guān)緊密聯(lián)系的兩大問題，它們都與氣體的最終使用、氣體質(zhì)量和傳輸距離有關(guān)。儲(chǔ)存壓縮氫氣的氣體儲(chǔ)存罐，傳輸距離通常很短，可以用卡車、列車或短管道來運(yùn)送。如果傳輸距離短且質(zhì)量要求低，在筒狀缸中運(yùn)送壓縮氫氣是技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上最可行的方法。如果距離增加，應(yīng)用海運(yùn)液態(tài)氫替換運(yùn)送壓縮氫氣。反之亦然，如果距離不變而質(zhì)量要求增加，使用氣管運(yùn)送氫氣或液氫則是最佳選擇。如果質(zhì)量要求高而且傳輸距離遠(yuǎn)，管道將是最方便的方法。機(jī)械工業(yè)出版社15第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.3氫燃料電池5.3.1基本原理燃料電池把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率很高，可達(dá)70％以上。此外，于其氫氧燃料電池發(fā)電產(chǎn)物為水，因此不污染環(huán)境。燃料電池工作原理

機(jī)械工業(yè)出版社16第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.3.2熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)在高溫下，燃料電池利用碳酸根離子來穿透固體基質(zhì)電解質(zhì)的過程如圖所示。這種電池是為了用于固定式的應(yīng)用以及更高的燃料利用效率。MCFC工作原理MCFC的優(yōu)點(diǎn)在于：可用的燃料廣泛；總的熱效率高，可達(dá)80%；污染物排放指標(biāo)低；可用非貴金屬催化劑；用水冷卻，降低成本；缺點(diǎn)：電解液有著高度腐蝕性；電池的密封技術(shù)難；二氧化碳的循環(huán)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。機(jī)械工業(yè)出版社17第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.3.3固體氧化物燃料電池(SOFC)具有較高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)是SOFC的基礎(chǔ)，根據(jù)不同的導(dǎo)電離子，SOFC根據(jù)導(dǎo)電離子的不同可分為兩類：氧離子導(dǎo)電電解質(zhì)燃料電池和質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)燃料電池。氧濃差SOFC工作原理SOFC的優(yōu)點(diǎn)在于：燃料選擇范圍廣，不必使用貴金屬作為催化劑；使用全固態(tài)組件，不存在對(duì)漏液、腐蝕的管理問題；較高的電流密度和功率密度；能源利用率高達(dá)80%；缺點(diǎn)：工作溫度高，影響電池使用壽命；電池、電池堆和系統(tǒng)的輸出功率低。機(jī)械工業(yè)出版社18第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.3.4酸性和堿性燃料電池磷酸燃料電池(PFAC)已經(jīng)被開發(fā)用于固定電源。它采用多孔碳負(fù)載鉑的催化劑作電極，磷酸作為電解質(zhì)，氫氣進(jìn)料至負(fù)極，氧氣（或空氣）到正電極。PFAC工作原理PFAC的優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)燃料及空氣中的CO2耐受性強(qiáng)，無需預(yù)處理；系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低；工作溫度溫和，對(duì)材料要求不高；熱電聯(lián)產(chǎn)，穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)：發(fā)電效率低；催化劑較昂貴；磷酸具有強(qiáng)腐蝕性，電池壽命較短；需對(duì)燃料氣進(jìn)行凈化。機(jī)械工業(yè)出版社19第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)堿性燃料電池(AFC)以強(qiáng)堿為電解質(zhì)，燃料是氫氣，氧化劑是純氧或除去二氧化碳的空氣，氧電極為Pt/C、Ag等，氫電極為Pt-Pd/C、Ni等，隔膜為飽浸堿液的多孔石棉，雙極板為無孔碳板、鎳板等。AFC工作原理AFC的優(yōu)點(diǎn)在于：能量轉(zhuǎn)化效率高；成本低；啟動(dòng)容易，低溫工作性能好，易于熱管理；缺點(diǎn)：CO2毒化，削弱電池性能，影響輸出功率；電解液循環(huán)利用，增加泄露風(fēng)險(xiǎn)；電池冷卻裝置需要的空間受限，廢熱利用效率低。機(jī)械工業(yè)出版社20第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.3.5質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)PEMFC由MEA和帶氣體流動(dòng)通道等雙極板組成，其核心部件膜電極是采用一片聚合物電解質(zhì)膜和位于其兩側(cè)的兩片電極熱壓而成，中間的固體電解質(zhì)膜起到了離子傳遞以及分隔燃料和氧化劑的雙重作用，而兩側(cè)的電極是燃料和氧化劑進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所。PEMFC工作原理PEMFC的優(yōu)點(diǎn)在于：燃料來源廣，適應(yīng)性高；低工作溫度；該能量轉(zhuǎn)化率；噪聲低，綠色環(huán)保；維修簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：對(duì)溫度要求較高；質(zhì)子交換膜制作流程復(fù)雜，工藝繁瑣，成本較高。機(jī)械工業(yè)出版社21第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.4氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)除了氫燃料電池本體外，還要和外圍裝置共同組成發(fā)電系統(tǒng)。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成框圖燃料電池發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示，其中包含以下部分：1）燃料重整系統(tǒng)將得到的燃料轉(zhuǎn)化為燃料電池能使用的以氫為主成分的一個(gè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。2）空氣供應(yīng)系統(tǒng)可以使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的送風(fēng)機(jī)或空氣壓縮機(jī)。3）DC—AC變換系統(tǒng)直流到交流的逆變裝置。4）排熱回收系統(tǒng)用于回收燃料電池發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的熱能。5）控制系統(tǒng)燃料電池發(fā)電是的起動(dòng)、停止、運(yùn)行、外接負(fù)載等的控制裝置。6）剩余氣體循環(huán)系統(tǒng)在高溫燃料電池發(fā)電裝置中，由于燃料電池排熱溫度高，因此安裝可以使用蒸汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)剩余氣體的循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)械工業(yè)出版社22第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)氫燃料電池輸出的是直流低電壓，而且有內(nèi)阻，在不同電流負(fù)載下輸出電壓變化比較大；此外，我國(guó)家用電器絕大多數(shù)是220V/50Hz的正弦交流電，所以通常需要把氫燃料電池的輸出進(jìn)行升壓以及逆變后才可供用戶使用，氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)如圖所示。氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成框圖機(jī)械工業(yè)出版社23第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.4.1交通工具混合動(dòng)力汽車概念車輛內(nèi)質(zhì)子交換膜燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)布局圖機(jī)械工業(yè)出版社24第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)燃料電池混合動(dòng)力公交車的平均能量流機(jī)械工業(yè)出版社25第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)可逆燃料電池附加太陽能電池系統(tǒng)的動(dòng)力模式和時(shí)間分配燃料電池驅(qū)動(dòng)的輕型無人駕駛飛船的動(dòng)力分配機(jī)械工業(yè)出版社26第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.4.2發(fā)電廠和獨(dú)立系統(tǒng)挪威北海的于特西拉島上的發(fā)電系統(tǒng)更大規(guī)模的固定發(fā)電系統(tǒng)既可以使用低溫又可以使用高溫燃料電池系統(tǒng)，已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的很多系統(tǒng)其額定功率為幾百千瓦，這些系統(tǒng)包含結(jié)合了必需的燃料制備和排放廢氣的處理設(shè)備的PEMFC、MCFC或SOFC的基本單元。在于特西拉的北太平洋島進(jìn)行了一項(xiàng)研究，這個(gè)島上有幾戶居民，基于風(fēng)能發(fā)電，直接使用電或是通過堿性電解器制氫，氫氣用于PEM燃料電池或發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電系統(tǒng)如圖所示。機(jī)械工業(yè)出版社27第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.4.3建筑集成系統(tǒng)與建筑集成的燃料電池系統(tǒng)，尤其是PEMC類型，這與分散式能量系統(tǒng)的應(yīng)用密切相關(guān)。該系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的能量供應(yīng)區(qū)分熱能和電能，熱能通常是分散式的，電能集中供應(yīng)。燃料電池可服務(wù)于獨(dú)立建筑，其業(yè)主為自己供電，也有可能給停在大樓車庫的汽車提供獨(dú)立充電服務(wù)。同時(shí)，來自發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)和制氫的廢熱可滿足或輔助大樓供熱（熱電結(jié)合，即CPH）。燃料電池技術(shù)在便攜式應(yīng)用方面也可能代替小型蓄電池，允許人們分散式地控制他們所有的能量供應(yīng)，包括熱能、汽車燃料和固定的或便攜式用電。首先使用氫氣的建筑集成方案可能是取代天然氣鍋爐機(jī)組；在許多國(guó)家，重整PEM燃料電池組用鍋爐給家庭取暖和供給熱水，這樣就能使用現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)。在未來的一二十年這種配置重整單元的燃料電池在成本上也許會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械工業(yè)出版社28第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)與建筑集成的燃料電池的重要問題是服務(wù)于建筑的基礎(chǔ)設(shè)施。它由電網(wǎng)和氫氣管道網(wǎng)絡(luò)的附件組成。如果建筑內(nèi)使用氫氣，就能用氫發(fā)電和伴隨的熱量；如果發(fā)電量大于建筑的用電量，就能向電網(wǎng)輸電。通過這種方式，把燃料電池用到滿負(fù)荷，對(duì)額外電站的需求變得更小了，電站不是建筑系統(tǒng)的一部分。另一種運(yùn)行方式是從電網(wǎng)接收電，然后用電制氫，再把氫氣分配給停在建筑中的汽車或是存儲(chǔ)起來，用于以后再發(fā)電和伴熱。這個(gè)選項(xiàng)對(duì)于主要的可再生能源間歇性供電系統(tǒng)是非常必要的，因?yàn)楫?dāng)沒有基本產(chǎn)品的時(shí)候氫氣能被用來發(fā)電和制熱。機(jī)械工業(yè)出版社29第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.4.4便攜式和其他小規(guī)模系統(tǒng)在過去的幾十年，便攜式設(shè)備的消費(fèi)模式經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)。這增加了對(duì)蓄電池的需求，但同時(shí)不可避免地暴露了蓄電池技術(shù)的局限性，盡管在轉(zhuǎn)換效率方面有穩(wěn)定的增長(zhǎng)，帶有小規(guī)模存儲(chǔ)罐的燃料電池可以很好的解決這些問題，燃料電池可以自主供電幾天而不是幾小時(shí)。和其他技術(shù)的不同在于，燃料電池需要外部化學(xué)品存儲(chǔ)罐，而蓄電池是內(nèi)部存儲(chǔ)罐。對(duì)體積大小的考慮是與便攜性相關(guān)的，但更應(yīng)考慮基于質(zhì)量的能量密度，因?yàn)槿藗円S身攜帶那些設(shè)備出門。圖為UltraCell設(shè)計(jì)的有氫氣燃料電池供電的筆記本上計(jì)算機(jī)，燃料電池可為計(jì)算機(jī)提供數(shù)小時(shí)到一個(gè)月的自主運(yùn)行。UltraCellXX25氫氣燃料電池供電的筆記本式計(jì)算機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社30第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.5電源變換及控制技術(shù)燃料電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的作用是將燃料電池產(chǎn)生的直流電壓通過變換調(diào)整得到和電網(wǎng)電壓頻率相同的交流電?在為本地負(fù)載提供交流電能的同時(shí)將電能送入電網(wǎng)。按照功率變換級(jí)數(shù)將燃料電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分為兩大類：一是單級(jí)系統(tǒng)，通過一級(jí)功率變換并網(wǎng)發(fā)電，一個(gè)是多級(jí)發(fā)電系統(tǒng)通過兩級(jí)或多級(jí)功率變換并網(wǎng)發(fā)電?，F(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的不隔離逆變器大多為電壓型逆變器，有降壓的特性，所以在燃料電池輸出和到電網(wǎng)之間必須有一級(jí)是具有升壓功能的變換裝置，如圖1所示。此外，由于氫燃料電池是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過程，提供的電能具有不穩(wěn)定性，而且電網(wǎng)負(fù)載也會(huì)有波動(dòng)，為了適應(yīng)這樣的波動(dòng)，通常加入電能緩沖裝置----蓄電池，這種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)如圖2所示。圖1具有DC--DC變換器的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)圖2具有能量緩沖的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社31第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)根據(jù)燃料電池的工作特性，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中DC/DC變換器需要具有以下幾個(gè)功能：1）提升電壓功能。一般而言，在功率<l00kVA，不采用工頻變壓器的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器要求的直流電壓通常要都比一般燃料電池的輸出電壓高?因而需要依靠DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)升壓。2）在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)都有穩(wěn)定的輸出電壓功能。因?yàn)槿剂想姵乇旧磔敵鲭妷弘S負(fù)載變化將會(huì)在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)變化。3）抑制輸入電流紋波。輸入電流紋波不僅會(huì)對(duì)燃料電池的工作帶來損害，而且將降低燃料的利用率；同時(shí)，因?yàn)檩斎腚娏骷y波還會(huì)增加燃料電池的最大輸出電流要求，增加系統(tǒng)對(duì)于燃料電池容量的要求，增加電池部分的投資。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)前端DC/DC變換器的輸入側(cè)直接接到燃料電池的輸出側(cè)，因而可以通過限制DC/DC變換器的輸入電流紋波來達(dá)到保護(hù)燃料電池的目的。機(jī)械工業(yè)出版社32第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)4）通過DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)燃料電池和電網(wǎng)之間的隔離，提高安全性。適用于燃料電池分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的DC/DC變換器總體上分為四類：非隔離DC/DC變換器，以Boost電路族為代表；隔離電壓型DC/DC變換器；隔離電流注入型DC/DC變換器；組合式DC/DC變換器，將前面幾種結(jié)構(gòu)組合起來的一類DC/DC變換器。機(jī)械工業(yè)出版社33第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)5.5電源變換及控制技術(shù)1.隔離電壓型DC/DC變換器電壓型半橋電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。半橋變換器具有電路簡(jiǎn)單，而且與推挽和全橋相比，可利用輸入電容的充放電特性自動(dòng)調(diào)整兩個(gè)輸入電容上的電壓，使變壓器在工作周期的正負(fù)半周伏-秒平衡，因此在中大功率范圍內(nèi)收到青睞。電壓型全橋電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。它具有開關(guān)管器件電壓應(yīng)力、電流應(yīng)力較小，高頻功率變壓器的利用率高等優(yōu)點(diǎn)。而且全橋變換器適合做軟開關(guān)管控制，減小變換器中的開關(guān)管損耗提高轉(zhuǎn)化效率。圖1電壓型半橋DC/DC變換器圖2電壓型全橋DC/DC變換器機(jī)械工業(yè)出版社34第5章氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)2.隔離電流型DC/DC變換器電流型半橋變換器如圖1圖所示。因?yàn)樵谌魏螘r(shí)刻，兩個(gè)開關(guān)管必須保證有一個(gè)開關(guān)管是導(dǎo)通的，即開關(guān)管的導(dǎo)通占空比不能小于0.5，導(dǎo)致兩個(gè)輸入電感總是有一個(gè)處于充電狀態(tài)，輸入電流總是大于零，這意味著系統(tǒng)有一個(gè)最低輸出功率的限制。右圖所示電路結(jié)構(gòu)是左圖所示電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)改進(jìn)，通過將兩個(gè)電感禍合可以消除原來結(jié)構(gòu)中的最小輸出功率限制。圖1電壓型半橋DC/DC變換