DC/DC преобразуватели във водородни енергийни системи: ключ към ефективната работа

DC/DC конвертори в водородни енергийни системи са критични компоненти за ефективна работа. Ключовите моменти са следните:

1. Основна функция

Стабилизиране и регулиране на напрежението: Изходното напрежение на водородни горивни клетки варира в зависимост от работните условия. DC/DC конверторът преобразува това напрежение в стабилно постоянно напрежение, за да отговори на нуждите за зареждане на батерията и захранване на високоволтовата шина.

Съвпадение на мощността: Справяне с меките изходни характеристики на горивните клетки, DC/DC конвертор Настройва изходното напрежение на стека към работния диапазон на напрежението на високоволтови компоненти, като например задвижващия мотор и въздушния компресор, чрез функции за повишаване или намаляване.

Управление на енергията: Проследяването на точката на максимална мощност (MPP) на горивната клетка оптимизира използването на енергия, като същевременно следи напрежението и тока на батерията, за да предотврати презареждане или презареждане.

Ключови технологии за ефективна работа

2. Избор на топология

Неизолиран: Подобно на трифазна паралелна схема за усилване с преплетени връзки, този преобразувател предлага предимства като висока ефективност на преобразуване, бърза динамична реакция и компактен размер, което го прави основно решение за автомобилни приложения.

Изолиран: Този преобразувател предлага подобрена безопасност, но е обемист и скъп, което го прави подходящ за приложения със строги изисквания за електрическа изолация. Избор на захранващо устройство:

Силициево-карбидни (SiC) устройства: В сравнение с традиционните силициеви IGBT транзистори, SiC MOSFET транзисторите предлагат високи честоти на превключване (до стотици kHz), ниско съпротивление във включено състояние и устойчивост на висока температура, което значително намалява загубите при превключване и повишава ефективността на системата до над 97%. Пиковата ефективност може да достигне 99% при определени работни условия.

3. Оптимизация на стратегията за управление

Централизирана система, базирана на контролера за управление на енергията (ECU) на водородната енергийна система, реализира функции като ограничаване на входния ток и проследяване на изходното напрежение на промените в напрежението на шината.

Технологията за цифрово управление позволява наблюдение на тока и напрежението в реално време, за да се осигури максимална производителност при различни работни условия.

4. Предизвикателства и решения при проектирането

Защита от водородно крехкост: За намаляване на риска от счупване на сърцевината, причинено от проникване на водородни атоми, се използват индуктори, устойчиви на водородно крехкост (като например сърцевина от аморфна сплав на желязна основа с покритие от титанов нитрид) и вакуумно заливане с епоксидна смола.

Стартиране при ниска температура: Интегриран NTC сензор и алгоритъм за динамична компенсация с изкуствен интелект, комбинирани с технология за работа при ниски температури, гарантират, че колебанията на напрежението се контролират в рамките на ±0,8% при -40°C. Термично управление: Съчетаването на субстрати с висока температура на стъклен преход (Tg), оптимизирането на оформлението на захранващия модул и използването на система за течно охлаждане осигуряват стабилна работа на устройството при високи температури.

5. Примери за приложения в индустрията

Железопътен транспорт: DC/DC конверторът на CRRC Electric с мощност 300 kW, базиран на SiC, използва трифазна преплетена паралелна топология, постигайки пикова ефективност от 97,8%, отговаряйки на изискванията за висока мощност и плътност на мощността.

Пътнически превозни средства: DC/DC модулът с мощност 80 kW на Hyundai Nexo постига измерена ефективност от 98,5% и поддържа студен старт при -40°C.

Тежкотоварни автомобили: 250kW SiC DC/DC модулът на BrightLoop може да бъде свързан паралелно за постигане на мегаватна мощност и е съвместим с високоволтови платформи 1200V/1500V.

В обобщение, DC/DC преобразувателите, чрез топологични иновации, подобрения на устройствата и интелигентно управление, се справят с предизвикателствата, свързани с нестабилността на напрежението и съгласуването на мощността във водородните енергийни системи, което ги прави една от основните технологии, движещи комерсиализацията на водородната енергетика.