用于氢燃料电池动力系统的DC/DC变换装置和滤波方法与流程

本发明涉及氢燃料电池汽车技术领域，具体涉及一种用于氢燃料电池动力系统的dc/dc变换装置和滤波方法。

背景技术：

节能减排一直都是汽车能源结构优化使用的基本原则，传统内燃机技术发展一百多年来，受卡若循环效率的限制和环保标准的日益严苛，内燃机逐渐退出历史舞台。动力化学电池（三元锂电池）存在能量密度和寿命的trade-off问题，氢燃料驱动技术开始成为未来高效清洁能源的发展趋势。氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经过热能和机械能（发电机）的中间变换。但是氢燃料电池动态响应慢、特性偏软，电压变化范围较大，无法较好满足整车需求，通常需要采用dc/dc变换器来达到电压解耦和功率控制的目的。氢燃料电池汽车对氢燃料电池dc/dc变换器的体积功率密度、控制精度等参数要求极为严格，传统氢燃料电池dc/dc变换器往往存在纹波较大、控制精度不高、鲁棒性较差和电磁兼容性较差等问题，从而影响氢燃料电池的耐久性，进一步影响新能源汽车整车的经济性与实用性。可见，提升氢燃料电池dc/dc变换器安全稳定性是一个亟待解决的关键性问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是如何提升氢燃料电池动力系统的dc/dc变换器的安全稳定性。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于氢燃料电池动力系统的dc/dc变换装置，包括dsp控制模块、隔离开关管驱动模块、dc/dc转换电路、隔离采样模块和噪声计算模块；

所述dc/dc转换电路用于将所述氢燃料电池动力系统的氢燃料电池堆输出的第一电源转化为第二电源，并将所述第二电源作为所述氢燃料电池动力系统的输出电源；所述dc/dc转换电路包括dc/dc变换器，所述dc/dc变换器包括至少两个变换器单元，每个所述变换器单元与所述隔离开关管驱动模块连接；

所述dsp控制模块用于向所述隔离开关驱动模块发送第一输出电信号；

所述隔离开关管驱动模块用于响应所述第一输出电信号输出第一pwm信号给所述dc/dc变换器，以控制所述dc/dc变换器的每个所述变换器单元按第一电流值输出；

所述隔离采样模块用于获取所述dc/dc转换电路的输入电流值和流经每个所述变换器单元的电流值，并发送给所述噪声计算模块；

所述噪声计算模块用于获取输出电流误差值，并当所述输出电流误差值大于一预设最大允许误差值时，依据流经每个所述变换器单元的电流值获取第一电流修订值，并发送给所述dsp控制模块；所述输出电流误差值是将所述dc/dc变换器的输入电流值与流经每个所述变换器单元的电流值的和求差获得；

所述dsp控制模块还用于接收所述第一电流修订值，并向所述隔离开关管驱动模块发送第二输出电信号；所述隔离开关管驱动模块还用于响应所述第二输出电信号输出第二pwm信号给所述dc/dc变换器，以控制所述dc/dc变换器的每个所述变换器单元按所述第一电流修订值输出。

一实施例中，所述dc/dc转换电路还包括第一电源正输入端、第一电源负输入端、输入电信号采样模块、输入端滤波模块和霍尔传感模块；

所述dc/dc转换电路的第一电源正输入端和第一电源负输入端用于所述第一电源的输入；

所述输入电信号采样模块用于获取所述dc/dc转换电路的输入电流值，并发送给所述隔离采样模块；

所述输入端滤波模块包括数量与所述变换器单元相同的滤波单元，所述霍尔传感模块包括数量与所述变换器单元相同的霍尔传感单元，每个所述滤波单元用于对输入所述dc/dc转换电路的所述第一电源滤波后通过一个所述霍尔传感单元输出给一个所述变换器单元。

一实施例中，所述滤波单元包括电容c1、电容c2和共模电感l1；

共模电感l1包括的两个输入端和两个输出端，共模电感l1的两个输入端分别与所述dc/dc转换电路的第一电源正输入端和第一电源负输入端连接；

所述共模电感l1的两个输出端与一个所述霍尔传感单元连接；

所述电容c1连接在共模电感l1的两个输入端之间，所述电容c2连接在共模电感l1的两个输出端之间。

一实施例中，所述霍尔传感单元包括两个霍尔传感器件，每个所述霍尔传感器件包括输入端和输出端；

两个所述霍尔传感器件的输入端分别与所述共模电感l1的两个输出端连接；

两个所述霍尔传感器件的输出端与所述变换器单元连接。

一实施例中，所述dc/dc转换电路还包括输出端滤波模块和输出电信号采样模块；

所述输出端滤波模块用于将所述dc/dc变换器的输出电流滤波后作为所述第二电源输出；

所述输出电信号采样模块用于监测所述第二电源的电流值并发送给所述隔离采样模块。

一实施例中，所述变换器单元包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、电感l2、电感l3、功率开关管q1、功率开关管q2、功率开关管q3和功率开关管q4，功率开关管q1、功率开关管q2、功率开关管q3和功率开关管q4的控制极与所述隔离开关管驱动模块连接；

所述变换器单元的第一输入端和第二输入端分别与两个所述霍尔传感器件输出端分别连接，所述变换器单元的第一输出端和第二输出端与所述输出端滤波模块连接；

所述电感l2的一端与所述变换器单元的第一输入端连接，另一端与功率开关管q1的第二极和功率开关管q2的第一极连接；

功率开关管q1的第一极与所述变换器单元的第一输出端连接，功率开关管q2的第二极与所述变换器单元的第二输出端连接；

所述电感l3的一端与所述变换器单元的第二输入端连接，另一端与功率开关管q3的第二极和功率开关管q4的第一极连接；

功率开关管q3的第一极与所述变换器单元的第一输出端连接，功率开关管q4的第二极与所述变换器单元的第二输出端连接。

一实施例中，所述输出端滤波模块包括电容c3、电容c4和共模电感l4；

共模电感l4包括的两个输入端和两个输出端，共模电感l4的两个输入端分别与每个所述变换器单元的第一输出端和第二输出端连接；

所述共模电感l4的两个输出端用于作为所述第二电源的两个输出端；

所述电容c3连接在共模电感l4的两个输入端之间，所述电容c4连接在共模电感l4的两个输出端之间。

一实施例中，所述隔离采样模块获取所述dc/dc转换电路的输入电流值，包括：

所述隔离采样模块对所述dc/dc转换电路的输入电流值进行采样，以获取输入电流采样序列yn，其中，n为序列长度；

所述隔离采样模块获取流经每个所述变换器单元的电流值，包括：

所述隔离采样模块分别对流经每个所述变换器单元的电流值进行采样，以获取xn^α，其中，n为序列长度，α=1,2,…,m，m为所述变换器单元的数量。

一实施例中，所述噪声计算模块用于获取输出电流误差值，包括：

获取误差值序列en，所述误差值序列en的获取公式包括：

ei=|xi-yi|，

xi=xi¹+xi²+…+xi^α，

其中，i=1,2,…,n；n为序列长度；

α=1,2,…,m；m为所述变换器单元的数量；

yi为所述dc/dc变换器的输入电流采样序列，xi为每个所述变换器单元的输入电流采样序列的和。

根据第二方面，一种实施例中提供一种用于氢燃料电池动力系统的dc/dc变换装置滤波方法，所述dc/dc变换装置包括dc/dc变换器，所述dc/dc变换器包括至少两个变换器单元，所述dc/dc变换装置滤波方法包括：

对所述dc/dc变换器的输入电流值进行采样，以获取输入电流采样序列yn，其中，n为序列长度；

分别对流经每个所述变换器单元的电流值进行采样，以获取xn^α，其中，n为序列长度，α=1,2,…,m，m为所述变换器单元的数量；

获取误差值序列en，所述误差值序列en的获取公式包括：

ei=|xi-yi|，

xi=xi¹+xi²+…+xi^α，

其中，i=1,2,…,n；n为序列长度；

α=1,2,…,m；m为所述变换器单元的数量；

yi为所述dc/dc变换器的输入电流采样序列，xi为每个所述变换器单元的输入电流采样序列的和；

当所述ei>emax时，控制流经所述变换器单元的电流值为：

xi^α=(xi-1^α+xi+1^α)÷2，

其中，i=1,2,…,n；n为序列长度；

α=1,2,…,m；m为所述变换器单元的数量。

依据上述实施例的dc/dc变换装置,隔离开关管驱动模块响应dsp控制模块发出的第一输出电信号输出第一pwm信号给dc/dc变换器，以控制每个变换器单元按第一电流值输出。噪声计算模块用于依据隔离采样模块获取dc/dc转换电路的输入电流值和流经每个变换器单元的电流值获取输出电流误差值，并当输出电流误差值大于一预设值时，控制dc/dc变换器的每个变换器单元按第一电流修订值输出。由于依据输出电流误差值来设定每个变换器单元的输出电流，使得dc/dc变换器工作稳定性得到提高，进而提高氢燃料电池动力系统的转换效率和节能效率，增加氢燃料电池动力系统的适合性。

附图说明

图1为一种实施例中氢燃料电池动力系统的结构示意图；

图2为一种实施例中dc/dc转换电路的结构示意图；

图3为一种实施例中dc/dc转换电路的结构示意图；

图4为一种实施例中滤波单元的电路示意图；

图5为一种实施例中霍尔传感单元的结构示意图；

图6为一种实施例中变换器单元的结构示意图；

图7为一种实施例中输出端滤波模块的电路示意图；

图8为另一种实施例中dc/dc变换装置滤波方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

在本申请实施例中，由于依据输出电流误差值来设定每个变换器单元的输出电流，使得dc/dc变换器工作稳定性得到提高，进而提高氢燃料电池动力系统的转换效率和节能效率，使得氢燃料电池动力系统的转换效率更高、更节能，增加氢燃料电池动力系统的适合性。

实施例一：

请参考图1，为一种实施例中氢燃料电池动力系统的结构示意图，氢燃料电池动力系统包括氢燃料电池堆10、dc/dc变换装置20和动力电池组30。dc/dc变换装置20包括dsp控制模块24、隔离开关管驱动模块25、dc/dc转换电路21、隔离采样模块22和噪声计算模块23。dc/dc转换电路21用于将氢燃料电池动力系统的氢燃料电池堆10输出的第一电源转化为第二电源，并将第二电源作为氢燃料电池动力系统的输出电源。dc/dc转换电路21包括dc/dc变换器，dc/dc变换器21包括至少两个变换器单元，每个变换器单元与隔离开关管驱动模块25连接。dsp控制模块24用于向隔离开关驱动模块25发送第一输出电信号。隔离开关管驱动模块25用于响应第一输出电信号输出第一pwm信号给dc/dc变换器21，以控制dc/dc变换器21的每个变换器单元按第一电流值输出。隔离采样模块22用于获取dc/dc转换电路21的输入电流值和流经每个变换器单元的电流值，并发送给噪声计算模块23。噪声计算模块23用于获取输出电流误差值，并当输出电流误差值大于一预设最大允许误差值时，依据流经每个变换器单元的电流值获取第一电流修订值，并发送给dsp控制模块24。输出电流误差值是将dc/dc变换器21的输入电流值与流经每个变换器单元的电流值的和求差获得。dsp控制模块24还用于接收第一电流修订值，并向隔离开关管驱动模块25发送第二输出电信号。隔离开关管驱动模块25还用于响应第二输出电信号输出第二pwm信号给dc/dc变换器21，以控制dc/dc变换器21的每个变换器单元按第一电流修订值输出。

一实施例中，隔离采样模块22获取dc/dc转换电路21的输入电流值，包括：

隔离采样模块22对dc/dc转换电路21的输入电流值进行采样，以获取输入电流采样序列yn，其中，n为序列长度。一实施例中，n的值为1024。

隔离采样模块22获取流经每个变换器单元的电流值，包括：

隔离采样模块22分别对流经每个变换器单元的电流值进行采样，以获取xn^α，其中，n为序列长度，α=1,2,…,m，m为变换器单元的数量。

噪声计算模块23获取输出电流误差值，包括：

获取误差值序列en，误差值序列en的获取公式包括：

ei=|xi-yi|，

xi=xi¹+xi²+…+xi^α，

其中，i=1,2,…,n；n为序列长度。一实施例中，n的值为1024。

α=1,2,…,m；m为变换器单元的数量。yi为dc/dc变换器的输入电流采样序列，xi为流经每个变换器单元的输入电流采样序列的和。

一实施例中，隔离采样模块22将ei与emax进行比较，其中，emax为预设的最大允许误差值，emax的值大小可根据实际需要进行取值，取值范围为：

0.01≤emax≤1，

一实施例中，取emax=0.1。

当所述ei>emax时，则判定采样时刻的变换器单元支路存在较大噪声，并对该时刻的各相支路的变换器单元的电流值进行重新赋值处理，即控制流经变换器单元的电流值为：

xi^α=(xi-1^α+xi+1^α)÷2，

其中，i=1,2,…,n；n为序列长度；

α=1,2,…,m；m为所述变换器单元的数量。

dsp控制模块24依据误差值序列en与预设的最大允许误差值emax进行比较，并依据比较结果对dc/dc转换电路21做进一步的稳压、稳流、均流等控制。

请参考图2，为一种实施例中dc/dc转换电路的结构示意图，dc/dc转换电路21包括第一电源正输入端、第一电源负输入端、输入电信号采样模块211、输入端滤波模块212、dc/dc变换器214和霍尔传感模块213。dc/dc转换电路的第一电源正输入端和第一电源负输入端用于第一电源uin的输入。输入电信号采样模块211用于获取dc/dc转换电路21的输入电流值iin，并发送给隔离采样模块22。输入端滤波模块212包括与dc/dc变换器214的变换器单元数量相同的滤波单元，霍尔传感模块213包括与变换器单元数量相同的霍尔传感单元，每个滤波单元用于对输入dc/dc转换电路21的第一电源uin滤波后通过一个霍尔传感单元输出给一个变换器单元。

一实施例中，dc/dc转换电路21还包括输出端滤波模块215和输出电信号采样模块216。输出端滤波模块215用于将dc/dc变换器21的输出电流iout滤波后作为第二电源uout输出。输出电信号采样模块216用于监测第二电源uout的电流值iout并发送给隔离采样模块22。

请参考图3，为一种实施例中dc/dc转换电路的结构示意图，一实施例中，输入端滤波模块212包括三个滤波单元2120，霍尔传感模块213包括三个霍尔传感单元2130，dc/dc变换器214包括三个变换器单元2140。滤波单元2120、霍尔传感单元2130和变换器单元2140一一对应连接。

请参考图4，为一种实施例中滤波单元的电路示意图，滤波单元2120包括电容c1、电容c2和共模电感l1。共模电感l1包括的两个输入端和两个输出端，共模电感l1的两个输入端分别与dc/dc转换电路21的第一电源正输入端和第一电源负输入端连接。共模电感l1的两个输出端与一个霍尔传感单元2130连接。电容c1连接在共模电感l1的两个输入端之间，电容c2连接在共模电感l1的两个输出端之间。

请参考图5，为一种实施例中霍尔传感单元的结构示意图，霍尔传感单元2130包括霍尔传感器件1和霍尔传感器件2，每个霍尔传感器件包括输入端和输出端。两个霍尔传感器件的输入端分别与共模电感l1的两个输出端连接，两个霍尔传感器件的输出端与变换器单元2140连接。一实施例中，霍尔传感器件采用型号为acs758ecb-200u-pff的霍尔传感器芯片。

请参考图6，为一种实施例中变换器单元的结构示意图，变换器单元2140包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、电感l2、电感l3、功率开关管q1、功率开关管q2、功率开关管q3和功率开关管q4，功率开关管q1、功率开关管q2、功率开关管q3和功率开关管q4的控制极与隔离开关管驱动模块25连接。变换器单元2140的第一输入端和第二输入端分别与两个霍尔传感器件输出端分别连接，变换器单元2140的第一输出端和第二输出端与输出端滤波模块215连接。电感l2的一端与变换器单元2140的第一输入端连接，另一端与功率开关管q1的第二极和功率开关管q2的第一极连接。功率开关管q1的第一极与变换器单元2140的第一输出端连接，功率开关管q2的第二极与变换器单元2140的第二输出端连接。电感l3的一端与变换器单元2140的第二输入端连接，另一端与功率开关管q3的第二极和功率开关管q4的第一极连接。功率开关管q3的第一极与变换器单元2140的第一输出端连接，功率开关管q4的第二极与变换器单元2140的第二输出端连接。

请参考图7，为一种实施例中输出端滤波模块的电路示意图，输出端滤波模块215包括电容c3、电容c4和共模电感l4。共模电感l4包括的两个输入端和两个输出端，共模电感l4的两个输入端分别与每个变换器单元2140的第一输出端和第二输出端连接。共模电感l4的两个输出端用于作为第二电源uout的两个输出端。电容c3连接在共模电感l4的两个输入端之间，电容c4连接在共模电感l4的两个输出端之间。

在本申请一实施例中，dc/dc转换电路采用六相交错并联技术和输入输出端emi滤波技术，有效减小了氢燃料电池动力系统的dc/dc变换器的电压电流纹波，提升系统电磁兼容性，同时减小dc/dc变换器对氢燃料电池动力系统的干扰，延长氢燃料电池使用寿命，并针对多相交错并联电路，采用多级滤波的数字滤波技术，有效避免难以抑制的开关噪声对控制系统产生的干扰，提升变换器单元的各相支路控制精度，提升氢燃料电池动力系统的dc/dc变换器安全稳定性，进一步改善氢燃料电池动力系统的适用性和整车的经济性。

在本申请实施例中的dc/dc变换装置，其中，隔离开关管驱动模块响应dsp控制模块发出的第一输出电信号输出第一pwm信号给dc/dc变换器，以控制每个变换器单元按第一电流值输出。噪声计算模块用于依据隔离采样模块获取dc/dc转换电路的输入电流值和流经每个变换器单元的电流值获取输出电流误差值，并当输出电流误差值大于一预设值时，控制dc/dc变换器的每个变换器单元按第一电流修订值输出。由于依据输出电流误差值来设定每个变换器单元的输出电流，使得dc/dc变换器工作稳定性得到提高，进而提高氢燃料电池动力系统的转换效率和节能效率，增加氢燃料电池动力系统的适合性。

实施例二：

请参考图8，为另一种实施例中dc/dc变换装置滤波方法的流程示意图，dc/dc变换装置包括dc/dc变换器，dc/dc变换器包括至少两个变换器单元，dc/dc变换装置滤波方法包括：

步骤100，获取输入电流值。

对dc/dc变换器的输入电流值进行采样，以获取输入电流采样序列yn，其中，n为序列长度；

步骤200，获取变换器单元的电流值。

分别对流经每个变换器单元的电流值进行采样，以获取xn^α，其中，n为序列长度，α=1,2,…,m，m为变换器单元的数量。

步骤300，获取误差值序列。

获取误差值序列en，误差值序列en的获取公式包括：

ei=|xi-yi|，

xi=xi¹+xi²+…+xi^α，

其中，i=1,2,…,n；n为序列长度；

α=1,2,…,m；m为所述变换器单元的数量；

yi为dc/dc变换器的输入电流采样序列，xi为流经每个变换器单元的输入电流采样序列的和。

步骤400，与预设值进行比较。

将ei与emax进行比较，其中，emax为预设的最大允许误差值，emax的值大小可根据实际需要进行取值，取值范围为：

0.01≤emax≤1，

一实施例中，取emax=0.1。

当所述ei>emax时，则判定采样时刻的变换器单元支路存在较大噪声，并对该时刻的各相支路的变换器单元的电流值进行重新赋值处理，即控制流经变换器单元的电流值为：

xi^α=(xi-1^α+xi+1^α)÷2，

其中，i=1,2,…,n；n为序列长度；

α=1,2,…,m；m为变换器单元的数量。

依据误差值序列en中的元素与预设的最大允许误差值emax进行比较，并依据比较结果对dc/dc转换电路做进一步的稳压、稳流、均流等控制。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

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