DC/DC-преобразователи в водородных энергетических системах: ключ к эффективной работе

DC/DC-преобразователи в водородные энергетические системы являются критически важными компонентами для эффективной работы. Ключевые моменты:

1. Основная функция

Стабилизация и регулировка напряжения: выходное напряжение водородные топливные элементы Напряжение колеблется в зависимости от условий эксплуатации. DC/DC-преобразователь преобразует это напряжение в стабильное постоянное напряжение, необходимое для зарядки аккумуляторной батареи и питания высоковольтной шины.

Согласование мощности: решение мягких выходных характеристик топливных элементов, DC/DC конвертер регулирует выходное напряжение стека в соответствии с рабочим диапазоном напряжений высоковольтных компонентов, таких как приводной двигатель и воздушный компрессор, посредством функций повышения или понижения.

Управление энергопотреблением: отслеживание точки максимальной мощности топливного элемента (MPP) оптимизирует использование энергии, одновременно контролируя напряжение и ток аккумулятора для предотвращения перезарядки или чрезмерной разрядки.

Ключевые технологии для эффективной работы

2.Выбор топологии

Неизолированный: как и трехфазная чередующаяся параллельная повышающая схема, этот преобразователь обладает такими преимуществами, как высокая эффективность преобразования, быстрый динамический отклик и компактный размер, что делает его основным решением для автомобильных применений.

Изолированный: этот преобразователь обеспечивает повышенную безопасность, но он громоздкий и дорогой, что делает его пригодным для приложений со строгими требованиями к электрической изоляции. Выбор устройства питания:

Устройства на основе карбида кремния (SiC): по сравнению с традиционными кремниевыми IGBT, SiC MOSFET обеспечивают высокие частоты переключения (до сотен кГц), низкое сопротивление открытого канала и высокую термостойкость, что значительно снижает потери переключения и повышает КПД системы до более чем 97%. Пиковый КПД может достигать 99% при определенных условиях эксплуатации.

3.Оптимизация стратегии управления

Централизованная система на базе контроллера управления энергопотреблением (ЭБУ) водородной энергосистемы реализует такие функции, как ограничение входного тока и отслеживание изменений выходного напряжения на шине.

Технология цифрового управления позволяет осуществлять мониторинг тока и напряжения в режиме реального времени для обеспечения максимальной производительности в различных условиях эксплуатации.

4.Проблемы дизайна и их решения

Защита от водородной хрупкости: для снижения риска разрушения сердечника, вызванного проникновением атомов водорода, используются индукторы, устойчивые к водородной хрупкости (например, сердечник из аморфного сплава на основе железа с покрытием из нитрида титана), а также вакуумная заливка эпоксидной смолой.

Запуск при низких температурах: встроенный датчик NTC и алгоритм динамической компенсации на базе искусственного интеллекта в сочетании с технологией работы при низком повышении температуры обеспечивают контроль колебаний напряжения в пределах ±0,8% при -40 °C. Управление температурой: подбор подложек с высокой температурой стеклования (Tg), оптимизация компоновки силового модуля и использование системы жидкостного охлаждения обеспечивают стабильную работу устройства при высоких температурах.

5. Примеры промышленного применения

Железнодорожный транспорт: DC/DC-преобразователь мощностью 300 кВт на основе SiC от CRRC Electric использует трехфазную чередующуюся параллельную топологию, достигая пикового КПД 97,8%, что соответствует высоким требованиям к мощности и плотности мощности.

Легковые автомобили: DC/DC-модуль Hyundai Nexo мощностью 80 кВт достигает измеренной эффективности 98,5% и поддерживает холодный запуск при температуре -40 °C.

Тяжелые грузовики: модуль постоянного тока SiC DC/DC мощностью 250 кВт от BrightLoop может быть подключен параллельно для достижения выходной мощности на уровне мегаватт и совместим с высоковольтными платформами 1200 В/1500 В.

Подводя итог, можно сказать, что DC/DC-преобразователи благодаря инновационной топологии, модернизации устройств и интеллектуальному управлению решают проблемы нестабильности напряжения и согласования мощности в водородных энергетических системах, что делает их одной из основных технологий, способствующих коммерциализации технологии водородной энергетики.