基于Z源逆变器的燃料电池汽车变换器

在燃料电池汽车系统中，燃料电池和蓄电池是整车所需能量的来源，变换器是整个动力系统能量流动的重要环节。变换器是燃料电池和蓄电池之间的一个周期性通断的开关控制装置，具有调节电压及变换电压形式的功能，对于燃料电池汽车，其驱动系统中的变换器应包括DC／DC(直流-直流)变换器和DC／AC(直流-交流)变换器。 燃料电池汽车是一种清洁能源车辆，其中燃料电池和蓄电池共同提供车辆所需的能量。在这个系统中，变换器扮演着至关重要的角色，它是能量转换和管理的核心组件。变换器的主要任务是调节和转换电压，确保燃料电池和蓄电池之间的能量流畅。对于燃料电池汽车，驱动系统的变换器通常包括两部分：DC/DC变换器和DC/AC变换器。 DC/DC变换器主要用于调整燃料电池和蓄电池之间的电压，以匹配不同的工作条件和负载需求。它能够控制燃料电池的最大输出电流和功率，保护燃料电池免受过载，并保持系统的电压稳定。另一方面，DC/AC变换器，即逆变器，负责将直流电转化为交流电，供给电动机，驱动车轮旋转。在燃料电池汽车中，交流电机（如异步电机或永磁电机）因其高效性能逐渐取代了直流电机。 传统的燃料电池汽车变换器采用两级式结构，包括一个DC/DC变换器和一个DC/AC逆变器。然而，这种结构在升压过程中可能存在效率低和成本高的问题，特别是当需要大范围的电压调整时。传统的Boost拓扑在升压过程中可能导致开关损耗和温升过大，限制了其调压范围。 Z源逆变器的出现解决了这些问题。Z源网络是一种创新的拓扑结构，能够实现在单级变换器中同时实现升压和降压功能，保持了高效率，并降低了系统成本。其独特之处在于通过控制直通时间来适应燃料电池电压的宽范围变化。当输入电压低时，Z源网络工作在升压模式；当输入电压高时，则切换到降压模式。这使得Z源逆变器对燃料电池汽车的动态电压变化具有极好的适应性。 为了优化Z源逆变器的性能，文章提出了新型的Z源逆变器设计，改进了传统结构，提供了更稳定的直流母线电压和输出电压控制。控制策略中采用了电压空间矢量调制（SVPWM），这是一种先进的调制技术，可以在不影响有效输出电压的同时，精确控制直流电压。与传统的SVPWM不同，新型Z源逆变器能够处理直通状态，增强了系统的稳定性和效率。 然而，新型Z源逆变器的拓扑结构在直流侧增加了额外的开关管，因此需要特殊的开关控制策略。文章中详细阐述了这一点，旨在确保逆变器的高效和可靠运行。 Z源逆变器在燃料电池汽车领域的应用具有巨大的潜力，它不仅可以解决传统变换器在电压调整和效率方面的局限，还能提供更灵活的电压控制，提升整个动力系统的性能。随着技术的不断发展，Z源逆变器在新能源汽车和其他需要宽电压范围转换的领域将有更广泛的应用。