深圳福瑞电气汤忠：高能效燃料电池DC-DC发展方向是高能效高性价比

2018年 11 月 6-8日，第一届中国（佛山）国际绿色技术及产品推介会暨第二届中国（佛山）国际氢能与燃料电池技术及产品推介会（CHFC2018）将在佛山南海千灯湖举办。“氢听剧场”作为推介会极具特色的活动之一，将于11月6-7日在国内馆C1-11召开，旨在为氢能与燃料电池领域的前沿理念、核心技术、创新产品提供绝佳的“秀”舞台。能见App全程直播本次大会。

深圳市福瑞电气有限公司副总经理汤忠出席本次大会，在“氢能与燃料电池技术议题”环节，作题为“燃料电池DC-DC变换器”的主旨演讲。

汤忠：各位专家大家好。非常感谢主办方给我这样一个机会给大家分享福瑞电气对燃料电池DC—DC技术和产品方面的一些理解。

我们知道，燃料电池的输出特性用比较通俗的话来说比较软，也就是说随着电流的增大，电压下降幅度是比较大的。我们知道，燃料电池汽车后续的负载是电极控制器，它是动力系统，基本上是一个恒压系统，就需要DC—DC来改变燃料电池的输出特性来适应动力系统的恒压源特性的需求。另外燃料分配方面燃料电池DC—DC也起到比较关键的核心作用。

我们从三个方面、机件和控制来分享一下福瑞电气对燃料电池大功率DC—DC的一些理解。

首先看功率拓扑。现在基本是两大类型，一种是隔离型拓扑，一种是非隔离型拓扑。隔离型拓扑的主要特色是需要有变换器。一般来讲这种拓扑都是用单管多管并联。非隔离型拓扑像BOOST、ZVT—BOOST等等，它的特点是效率非常高，我们实验室测试到的效率甚至可以超过98%。当然因为电路开关器械数量比较少，所以可靠性比较高，一般会用功率模块来设计，这样的话整体上来讲，更有利于向大功率拓展。

燃料电池DC—DC都是用长控的机械，包括MOSFET、IGBT、SiC，我们知道碳化硅的抗压频率可以做得比较高，可以达到比较高的效率和能量、密度。在机械这一块，现在也有两个路线，一个是多管并联，一个是模块。多管并联成本会比较低，但是这种技术往往是从通信电源，它的负载是蓄电池，蓄电池的动特性要求非常低，即使是快充也就是一个多小时。我们知道燃料电池后续动力系统虽然有锂电池对它动态特性做一些补充，但实际上它对动态特性的要求还是比较高。如果是串联这种系统，在动特性要求比较高的时候，可能就破坏这种条件，可能就会炸机。多管并联动态均衡以及热均衡也是一个比较大的挑战，当然还有安装的挑战。

到今天来讲，数字控制已经广泛利用在电池方面的产品。现在模拟控制的依然有，有一些厂家会用模拟控制，这种控制灵活性比较差，同时控制的手段比较少，而且它的控制性能受温度和环境变化影响比较大。数字控制的实时性已经完全能够跟模拟控制媲美，而且数字控制可以用一些现代离散控制的技术，所以现在来看，数字控制已经成为一个主流。从控制来看，一般来讲，现在我们都选用多路交错并联的控制，这样的话，燃料电池的流波就比较少。另外，我们通过这种控制技术可以提供更大的电流，同时可以减少各个支路的电流负担，可以系统的冗余能力。另外，我们在控制中往往会广泛使用电流控制前馈技术。另外，我们会在整个控制过程中用动态调整开关频率，这样可以获得比较好的电磁干扰特性。

燃料电池DC—DC的发展首先是高能效。我们知道，高能效就是要提升燃料电池整体的转换效率，未来可能会选用一些软开关的功率拓扑。当然碳化硅的应用可能会越来越广泛，另外高效软件控制算法对提升控制器的转换效率也很有帮助。其实DC—DC要从本身来想办法提升转换效率，成本付出是非常高的，如果说我们跟FCU一起根据燃料电池的特性以及跟锂电池能量分配，使得各个部件能够工作在最高能效状态下，这样我们获取整个系统的高度转换效率是很有潜力可挖的。当然，还有一个趋势，就是高功率密度，对热设计和热仿真也会越来越重视。另外一个发展方向是高性价比，因为我们知道燃料电池现在处于初期应用阶段，大规模商业应用还没有到来。未来会通过大批量商业化应用来降低整个产品的成本。还有一块要提升系统能效，使产品达到比较低的成本。

福瑞电气燃料电池DC—DC都是使用高禁带半导体（碳化硅）功率器件，可以获取很低的分布电感，整个产品可靠性就会比较高。电路拓扑我们采用多相载波移相拓扑，大幅度降低输入和输出电流波纹。我们知道燃料电池功率特性是有峰值点的，怎么样通过峰值点的变换在输出动力一定的情况下，节省整个系统的能耗消耗，这一块工作我觉得是很有价值的。另外我们还有专有的逆向电池。我们有一个智能休眠技术，这个技术的主要目的是提升低负载条件下的转换效率，因为我们知道电力电子装置典型的高能效区都是有一个区域的，像福瑞电气的设计是在40%到60%，这个负载期间的效率是最高的，我们能够提升在轻载范围的转换效率。

这是燃料电池DC—DC的产品，从降压型到升压型的产品都有。当然现在我们也有更高功率的产品，只是市场暂时还没有，我们这个技术路线适合于向大功率拓展的。这是我们80千瓦的外观，外观可以做到450×450×150，可以达到300千瓦/升，也是一个比较高的功率密度，国内其他厂商基本在1.5—1.7千瓦/升的功率密度。

福瑞电气除了DC—DC产品以外，我们还有用于燃料电池系统发动机测试的直流电源和直流电子负载。我们的直流电源是隔离型的，它可以用在燃料电池系统的测试、生产、老化和各类动力电池的测试。我们的直流源功率是50千瓦到250千瓦，对于更大功率的应用我们可以4台电机，功率可以1个兆瓦，电流可以到2000，电压和电流精度分别是千分之一和千分之五，电流纹波小于2伏。除了直流电源之外，我们还提供电子负载，是回馈式的。燃料电池在车载里面是输出蓄电池的，如果说你是消耗型的电子负载，你还必须要提供一个电源，用我们的电子负载就不需要，我们是一体化的解决方案。因为我们是并网双向的，效率可以达到96%，也就是说96%的能量是反馈到电网的。

福瑞电气总部位于深圳，产品包括像电子控制器、车载电源、氢燃料电池、充电桩等等。感谢大家的聆听，我们在展场的展位是C11，欢迎各位莅临指导。