燃料电池发电系统前端DCDC变换器的研究解析
燃料电池车用双向DC_DC变换器的建模分析
燃料电池车用双向DC /DC 变换器的建模分析陈玮山 赵景辉 陈 沛 (上海汽车集团股份有限公司燃料电池事业部)【摘要】 针对目前还无法给出双向DC /DC 变换器的精确数学模型的研究现状,文章通过小信号分析法分析了双向DC /DC 变换器的拓扑结构,建立了双向DC /DC 变换器的传递函数方程,并利用此模型对双向DC /DC 变换器进行优化设计。
该小信号模型准确描述了双向DC /DC 变换器的静态和动态特性,对于燃料电池车用双向DC /DC 变换器的设计制造过程有较高的理论指导依据和工程应用价值。
【主题词】 燃料电池 汽车 变换器0 引言收稿日期:2007-07-10燃料电池车用双向DC /DC 变换器主要是针对燃料电池输出电压波动较大、负载特性较软而设计。
在燃料电池汽车混合动力系统中,燃料电池和镍氢蓄电池是整车所需能量的来源,双向DC /DC 变换器是整个动力系统能量流动的重要环节。
双向DC /DC 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,具有双向升降压功能。
燃料电池客车在启动、加速时,蓄电池放电,供给电机电能,驱动电机加速,这时双向DC /DC 变换器工作在升压状态。
当燃料电池客车减速或匀速时,要求电机处在能量再生制动状态,双向DC /DC 变换器给作为燃料电池的储能装置蓄电池充电,实现再生能量回收,这时双向DC /DC 变换器工作在降压状态。
可以说,双向DC /DC 变换器在燃料电池客车的能量系统中起到了能量转换中枢的作用。
为了便于对双向DC /DC 变换器进行系统设计、仿真研究和稳定性分析,希望能建立双向DC /DC 变换器的数学模型。
但是由于开关电源在本质上是一个离散的非线性系统,所以给出精确的数学模型是非常困难的。
本文将通过小信号分析方法来建立系统传递函数。
1 双向DC /DC 变换器的建模现有分析方法一般有数字仿真法和解析建模法,本文主要是通过小信号分析方法来分析双向DC /DC 变换器。
燃料电池车用多相DC-DC变换器研究
DOI: 10.12677/jee.2019.71007
64
电气工程
原增泉 等
Boost 模式：当所有开关管下管 S1d、S2d、…、Snd 处于开关状态，所有开关管上管始终关断，变换器 工作在 boost 模式下，能量流动方向为 V1 至 V2。 Buck 模式：所有开关管上管 S1n、S2n、…、Snn 处于开关状态，所有开关管下管始终关断，变换器工 作在 buck 模式下，能量流动方向为 V2 至 V1。 本文基于此拓扑提出了多相 PWM 策略。每相 PWM 信号间相位相差 Nπ/2，其波形及对应电感电流 如图 2 所示。多相 PWM 策略具有以下优点：1、有效降低输入电流纹波。由于多相电感电流间存在相位 差，使得输入总电流的纹波大大减小，对于燃料电池车等应用中有着重要作用。2、有效降低输入电感的 感值，减小电感的体积与重量，从而降低变换器整体的体积与重量。3、降低输出电压纹波。
3.2. 变换器断续工作状态(DCM)下的信号流图(SFG)模型
DCM 模式下双向多相 DC-DC 变换器的 SFG 模型如图 5 所示。
Figure 5. The unified SFG model for multi-phase DC-DC converter in DCM mode 图 5. DCM 模式下双向多相 DC-DC 变换器的 SFG 模型
系统传递函数可表示为
Gid = Gvd =
IL =
r2V1
(1 − D ) R ( I L10 + I L 20 ) + (1 + sRC )VO 0 2 RCL2 s 2 + L2 s + 2 (1 − D ) R + (1 + sRC ) r2
燃料电池DC-DC电源关键控制策略研究
燃料电池DC-DC电源关键控制策略研究燃料电池是一种以化学反应为能源转换方式的新型电力装置，具有高能效、零污染等优势，被广泛应用于汽车、航空航天、能源储备等领域。
而燃料电池系统中的DC/DC电源则起着关键的作用，将燃料电池产生的直流电转换为适合使用的直流电。
在燃料电池DC/DC电源的关键控制策略研究中，一个重要的问题是如何实现电源的高效率转换。
由于燃料电池输出电压和负载电压往往不匹配，为了提高电源的转换效率，需要通过DC/DC 电源的控制策略来实现匹配。
目前，常用的控制策略有电流模式控制、电压模式控制和功率模式控制。
电流模式控制是通过控制输入电流来实现输出电压的稳定。
该控制策略通常通过感知输出电流与参考电流之间的差异，并调整开关频率和占空比来实现电压和电流的匹配。
然而，电流模式控制容易导致输出电压波动较大，对于某些负载变化较大的场景，效果并不理想。
电压模式控制是通过控制输出电压来实现输入电流的稳定。
该控制策略通常通过感知输出电压与参考电压之间的差异，并调整开关频率和占空比来实现电流和电压的匹配。
电压模式控制能够更好地适应负载变化，但在负载突变时容易出现输出电压波动。
功率模式控制是将电流和电压的匹配作为控制目标，通过调整开关频率和占空比来实现功率的稳定。
该控制策略能够在负载突变时实现较好的输出电压稳定性，但对控制算法的设计要求较高。
总体而言，燃料电池DC/DC电源的关键控制策略研究旨在实现电源的高效率转换。
在选择控制策略时，需要综合考虑系统的性能要求、负载特性以及控制算法的复杂度。
未来的研究方向可以是进一步优化控制策略，提高电源的转换效率和稳定性，以促进燃料电池技术的应用和发展。
燃料电池用新型高升压比DC／DC变换器
１
一
Ｄ
（） １
收 稿 日期 ：０ ２～０ ２１ ２—１ ． ５
作者简介 ： 张
珂（ ９ ８ ， ， １８ 一）男 湖北通 山人 ， 武汉理工大学 自动化学 院硕士研究生．
基金项 目： 国家“ ６ ” ８ ３ 计划基金资助项 目（０ ８ Ａ ５ １５ ； ２０ Ａ ０ Ｚ ０ ） 教育部博 士点基金资助项 目（ ０ ９ １３ １ ０ ） ２ ００ ４ １０ ４ ０
第３ ４卷 第 ４期
张
珂， ： 等 燃料 电池用新 型高升压 比 Ｄ ／ Ｃ变换器 ＣＤ
４５ ６
设 的 占空 比为 Ｄ 则 ： ，
Ｖ ＝ Ｄ ｒＶ ｏ ￣
２
（） ３
２ 升 降压 比参数计 算
在理 想情 况下 ，ｏｓ电路 的 升压 比可 以 通过 ｂｏｔ
调节 占空 比无 限 增 大 ， 是 在 实 际应 用 中受 各 种 但
Ｖ ｃ
２
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个 改进 的 ｂｏｔ ｏｓ 电路 和 ｂｃ ｕｋ电路组 成 。改进 的
ｂｏｔ ｏｓ电路 相 比于传 统 的 ｂｏｔ ｏｓ电路 只增 加 了一个 电容和 两个 二 极 管 就 实 现 了两 倍 于 后 者 的升 压 比 ， 且 开关 管 、 极管 承 受 的 电压 较 小 ， 并 二 有效 地 降低 了成 本 。 该 电路 可在升 压 模 式 和 降压 模 式 下 工 作 ， 对
随着 电源技 术 的快 速 发展 ， 来 越 多 高 效 环 越
保 的新型能源 （ 如燃料 电池 、 超级 电容、 光伏等 ） 逐 渐趋 向产 业化 ， 同时对 Ｄ ／ Ｃ变换 器 的性能 要 ＣＤ
求 也越 来越 苛 刻 。特 别 在 燃料 电池 发 电系统 中 ， 要 求 Ｄ ／ Ｃ变 换 器 必须 具 有 功率 大 、 率 高 、 ＣＤ 效 安 全可靠 和体 积小 等特 点 ， 因此 研究 大功 率 高 效 率
电动汽车双向DC-DC变换器的研究
电动汽车双向DC-DC变换器的研究电动汽车双向DC/DC变换器的研究引言随着环境问题的日益突出和人们对能源资源的关注，电动汽车作为清洁能源交通工具得到了广泛的关注和推广。
而电动汽车中的双向DC/DC变换器作为关键的能量转换器件，对于电动汽车的性能和效能有着重要影响。
因此，本文旨在对电动汽车双向DC/DC变换器进行研究，探讨其工作原理、优势和挑战。
一、双向DC/DC变换器的工作原理双向DC/DC变换器是一种能够实现能量的双向转换的电子器件，在电动汽车中发挥着重要的作用。
其基本的工作原理是通过调整输入电压和输出电压之间的电压和电流关系，实现能量的转移和转换。
具体而言，双向DC/DC变换器由两个电感、两个开关管和一个电容组成。
当输入电压较高时，通过控制开关管的导通和关断，将电能从高压端转移到低压端，实现升压转换。
当输入电压较低时，通过控制开关管的导通和关断，将电能从低压端转移到高压端，实现降压转换。
这种双向的能量转换方式，可以满足电动汽车电池组充电和放电的需求。
二、双向DC/DC变换器的优势1. 提高能量利用率：双向DC/DC变换器能够实现能量的双向转换，充分利用电池组的能量，提高能量利用率，延长电动汽车的续航里程。
2. 实现快速充电：双向DC/DC变换器可以通过升压转换将输入电压提高到较高的水平，实现电动汽车的快速充电，在短时间内充满电池组。
3. 实现能量回馈：双向DC/DC变换器可以将电动汽车制动过程中产生的能量回馈到电池组中，减少制动能量的浪费，提高能量的利用效率。
三、双向DC/DC变换器的挑战1. 功率损耗问题：由于双向DC/DC变换器需要进行能量的转换和转移，其中会产生一定的功率损耗，降低了系统的能量利用率和工作效率。
2. 温度问题：由于功率损耗的存在，双向DC/DC变换器会产生一定的热量，导致温度升高。
过高的温度会影响系统的性能和寿命，因此有效的散热设计是非常重要的。
3. 控制问题：双向DC/DC变换器需要实时控制输出电压和电流的波形，并保持稳定。
大功率双向DCDC变换器拓扑结构及其分析理论研究
大功率双向DCDC变换器拓扑结构及其分析理论研究一、本文概述随着能源危机和环境污染问题的日益严重，高效、可靠的能源转换和储存技术成为了当前研究的热点。
其中，大功率双向DC/DC变换器作为连接不同电压等级直流电源的关键设备，在电动汽车、分布式能源系统、微电网等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在对大功率双向DC/DC变换器的拓扑结构及其分析理论进行深入研究，为提升变换器性能、优化系统设计提供理论支撑。
本文首先介绍了双向DC/DC变换器的基本工作原理和应用背景，阐述了研究大功率双向DC/DC变换器的重要性和现实意义。
随后，对现有的大功率双向DC/DC变换器拓扑结构进行了梳理和分类，详细分析了各类拓扑结构的优缺点及适用场景。
在此基础上，本文提出了一种新型的大功率双向DC/DC变换器拓扑结构，并对其工作原理和性能特点进行了详细阐述。
为了验证所提拓扑结构的有效性，本文建立了相应的数学模型和仿真模型，对变换器的稳态和动态性能进行了深入分析。
通过实验验证了所提拓扑结构的可行性和优越性。
本文还对大功率双向DC/DC变换器的控制策略进行了研究，提出了一种基于模糊逻辑控制的优化方法，有效提高了变换器的响应速度和稳定性。
本文对大功率双向DC/DC变换器的研究现状和发展趋势进行了展望，提出了未来研究的方向和重点。
本文的研究成果对于推动大功率双向DC/DC变换器的技术进步和应用发展具有重要的理论价值和实际意义。
二、大功率双向DCDC变换器拓扑结构大功率双向DCDC变换器在现代电力电子系统中扮演着至关重要的角色，其拓扑结构的设计和优化对于提高能源转换效率、增强系统稳定性以及实现更广泛的能源管理策略具有决定性的影响。
本节将详细探讨几种常见的大功率双向DCDC变换器拓扑结构，并分析其工作原理和适用场景。
双向全桥拓扑结构是一种常见的大功率双向DCDC变换器拓扑，其通过四个开关管的控制实现能量的双向流动。
该拓扑结构具有高转换效率、低电压应力以及较宽的输入输出电压范围等优点，适用于宽电压范围变化的应用场景。
燃料电池客车大功率DC／DC变换器关键问题分析与探讨
考虑到 燃料 电池 发动 机 的 电输 出特性 以及 整 车 系统控 制 的需 要 ， 目前 研 制 的大 多 数 燃 料 电池 电 在
动汽车中， 大功率 Ｄ ／ Ｃ变换器是其必不可少的关 ＣＤ
键 零部 件之 一 。在 燃 料 电池 电动 客 车 中 ， 求 Ｄ ／ 要 Ｃ Ｄ Ｃ变 换器 必须 具 有功 率 大 、 率 高 （ 于 ９ ％ ） 安 效 大 ６ 、
ｏ ｏ ｖ ｒｅ ｔ ．Ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｄ ｃ ｎ ｅ ｅｓ ａ ｅ ｓ ｃ ｅ ｓ ｌ ｓ ｄ ｉ ｏ — ｄ ｅ ｅｌ ｉ ｕ ｅ ｔ ｌ ｔ ｃ ｎ ｃ ｆｃ ｎ ｅ ｔｒｅｃ ｈ ｅ ｅｏ ｅ ｏ ｖ ｒ ｒ ｒ ｕ ｃ ｓｆ ｌ ｕ ｅ ｈ ｍｅ ｍａ ｅｆ ｌ ｌ ｃｔ ｂ ｓ ｓｗｉ ａｌ ｅ ｈ ｉａ ｔ ｕ ｙ ｎ ｕ ｃ ｙ ｈ ｌ
统的构型主要有两种 ： 能量混合型和功率混合型心
日 吾 Ｊ Ｉ
图１ 为能量混合型燃料电池汽车的动力系统构 型， 这种动力构型对 主 Ｄ ／ Ｃ变换器的功率和效率 ＣＤ 要求较高 ， 以净输 出为 １０ Ｗ 的燃料 电池为例 ， ０ｋ 包 括燃料 电池辅助系统的功率消耗 ， Ｄ ／ Ｃ变换器 主 ＣＤ 的最大功率应在 １０ Ｗ 左右 ， ５ｋ 额定功率点 的效率在
关键 词 ： 料 电池 ； 燃 电动 汽车 ； Ｃ Ｄ Ｄ ／ Ｃ变换 器 Ａｎ ｌｓｓａ ｄ Ｄｉｃ ｓ ｉｎ ｏ ｏ ｙ Ｉｓ ｅ ｆＨｉｈ Ｐ ｗｅ ａｙ ｉ ｎ ｓ ｕ ｓｏ ｎ Ｓ ｍｅ Ｋｅ ｓｕ ｓｏ ｇ ｏ ｒ
ＤＣ ＤＣ Ｃ ｎ ｅ ｔｒｆｒＦ ｅ ｅｌＥ ｅ ｔ ｃ Ｂ ｓ ／ ｏ ｖ ｒｅ ｏ ｕ ｌＣ ｌ ｌ ｃｒ ｕ ｉ
［ ｂｔ ｃ］ Ｔ ｅｃｎ ｇｒｉ ｆ ｏ ｅｒｉ ｉ ａｆｅ ｃｌｅ ｃ ｃｖｈ ｌ ａｄｉ ｅｕ ｅ ｅｔ ｏ Ｃ Ｄ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｈ ｏｆ ｕ ｔ ｎｏ ｐｗ ｒａ ｌ ｅ ｌ ｔ ｅｉ ｅ ｎ ｓ ｑｉ ｍ ｎ ｎＤ ／ Ｃ ｉ ａｏ ｔ ｎ ｎ ｕ ｌ ｅｒ ｉ ｃ ｔｒ ｒ ｓ
新能源汽车DC-DC变换器产业深度研究报告
新能源汽车DC-DC变换器产业深度研究报告01 概述新能源汽车DC/DC变换器概念新能源汽车DC/DC变换器是电压变换装置，可以将动力电池高电压转换为恒定低电压给全车电气设备供电，又可以给低压蓄电池充电；其输入和输出电压等级均是12V的倍数；其有规范化的型号命名规则。
DC/DC变换器在新能源汽车电气系统中的位置DC/DC变换器一端连接动力电池，另一端连接低压蓄电池；其一方面将动力电池高压（200~400V/48V）转换成低压对低压蓄电池进行充电，另一方面给整车低压电气设备供电，其作用类似于燃油汽车发电机。
DC/DC变换器构成及工作原理DC/DC变换器由控制芯片、电感线圈、晶闸管、三极管以及不同型号的电容器等构成；DC/DC变换器在工作过程中首先将高电压进行直流变交流的逆变，然后再通过整流将交流电变为低压直流电。
新能源汽车DC/DC变换器类型DC/DC变换器分非隔离DC/DC变换器和隔离DC/DC变换器，根据所用功率开关管数量又分为单管、双管和四管三类；隔离型DC/DC变换器通过变压器实现隔离，对新能源汽车的车载安全更加有益。
隔离型双向DC/DC变换器拓扑结构双向DC/DC变换器一般由双向DC/AC模块、高频变压器和双向AC/DC模块组成，其采用的拓扑结构一般包括半桥、全桥、推挽等，其中半桥结构较常见，全桥结构原理上分析结构较完美。
单向与双向DC/DC变换器的概念单向DC/DC变换器可实现电流单向流动，双向DC/DC变换器在单向DC/DC变换器的基础上改造，通过不同的控制信号实现功率的双向流动。
DC/DC变换器产业链DC/DC变换器上游包括控制芯片、电感线圈、电容器和功率半导体等，其中铁氧体磁芯、Si 和SiC等为上游元件的重要原材料，下游主要应用在新能源汽车、地铁、计算机和工业仪表等领域。
02 技术及发展趋势分析新能源汽车DC/DC变换器技术指标新能源汽车DC/DC变换器的技术指标包括功率等级、效率、容积重量功率密度、散热方式和成本等；其中效率是非常重要的指标，它可决定DC/DC变换器的散热方式。
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山东科技大学学士学位论文摘要燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，是一种高效的绿色能源，具有功率密度大、高效洁净、运行稳定可靠等优点，日益受到人们的青睐，成为最有前景的能源技术之一。
但燃料电池本机输出电压一般不高，输出的直流电压随着负载的变化有很大的变动范围，因此在燃料电池发电系统中，具有升压稳压功能的功率变换是其重要组成部分。
燃料电池输出的电压必须经过具有升压稳压功能的功率变换装置，将不稳定的直流电变换成符合要求的直流或交流电。
本文主要研究了燃料电池发电系统中的直流变换器。
首先，本论文介绍了燃料电池的原理、特点和选题意义，并对质子交换膜燃料电池的输出特性做了分析。
其次，列举并比较了常见的DC/DC变换器的拓扑结构和性能，借鉴国内外在燃料电池系统中直流变换器上的研究和创新成果，根据燃料电池的输出特性及电动汽车的特点，选用Boost 型电路结构作为直流变换电路。
再次，本课题的设计目标：将 5 KW质子交换膜燃料电池组85的输出电压，转换成375V左右的电压，为5KW轻型车辆提供主~120V动力。
根据对Boost电路原理的分析，推导并设置电路主要元件的参数，利用Multisim、Matlab/Simulink软件进行建模和仿真，观察并分析输出电压、纹波电压、开关管电压和电流等波形，分析该方案的可行性和不足之处。
关键词: 燃料电池 DC/DC变换器 Boost电路 Multisim Matlab/Simulink燃料电池发电系统前端DC/DC变换器的研究ABSTRACTFuel cell is a device which can transform chemical energy directly into electric energy. It is a green energy of high efficiency .which has various advantages such as high efficiency of power generation and density, environment friendly, stability and reliable operation, so it is regarded seriously by more and more people,becoming one of the most promising energy technology.However, the output voltage of the FC is not always very high and varies largely as the load changes.Therefore, power converter is essential in the Fuel cell generation system.which can boost the voltage of the FC and stabilize the voltage of the output of the power converter, in order to get required DC or AC.This paper mainly studies the DC/DC converter of the fuel cell generation system..This paper first introduces the background of selection of this subject, analyses the working theory and the output performance of PEMFC.Then, the paper introduces different innovation in DC/DC converters used in fuel cell system .What is followed is the key part, according to the characteristics of the electric vehicle and fuel cell system, boost circuit is chosed to topologies of DC/DC converter. Meanwhile, the paper presents the development and accomplish the conversion,and given analysis of the working principle of the circuit .The goal of the design is to boost the output voltage of 5KW PEMFC system varing between 85~120 V, to about 375V so that it can be inverted to 220V AC to supply for the light vehicle.With theoretical studying the design,criterions of key circuit parameters are gained,finally the author simulates the boost circuit for fuel cell with the software Multisim and Matlab/Simulink, in the end analyses the output waves,the advantages and disadvantages of this design.Key words:fuel cell DC/DC converter Boost circuit Multisim Matlab/Simulink山东科技大学学士学位论文目录1 绪论 (1)1.1 本课题的背景及意义 (1)1.2 燃料电池的工作原理 (2)1.3 燃料电池的工作特性 (4)2 常见的直流变换器 (6)2.1 基本元器件及技术 (6)2.2 基本的直流变换器 (9)3 直流变换器的设计 (12)3.1 直流变换器的性能要求 (12)3.2 国内外的研究发展 (13)3.3电动汽车中变换器的设计 (14)4 boost变换器的建模与仿真 (20)4.1 Boost电路参数的设计 (21)4.2 Boost电路的建模与仿真 (23)4.3 本方案的优缺点分析 (32)5 结束语 (34)参考文献 (35)致谢辞 (37)附录 (38)山东科技大学学士学位论文1 绪论1.1 本课题的背景及意义随着石油、煤和天然气等主要能源的大量使用,传统石化能源的储备逐渐减少，新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。
全世界致力于风能、太阳能等可再生能源以及燃料电池等绿色能源的开发与利用，其中燃料电池发电系统具有安装简单、不受阳光、风等自然条件限制、发电效率高、功率密度大、环境友好等优点，成为具有广阔发展前景的新能源发电技术之一[1]。
燃料电池是一种电化学的发电装置，它能量转化效率高、噪音小、污染少，是一种先进的能量转换装置，并且它的应用十分广泛，可以应用在任何需要能源和动力的领域。
随着我国汽车保有量的增长，石油资源不足引起传统燃料供需矛盾日益突出，汽车尾气污染也越来越严重。
以燃料电池为动力的电动汽车是解决这些问题最有效也是最现实的措施。
但是燃料电池本身产生的不稳定直流电，以及目前的燃料电池输出特性偏软及动态性能较差的特点使得其直接作为动力源并不合适，因此必须配备功率变换器，来调节、控制和管理电源输出，以得到符合要求的直流电或交流电能。
因而，随着燃料电池产品与技术的发展，针对燃料电池应用的电力电子变换装置与技术的研究与开发已成为一项重要的课题。
燃料电池输出的不稳定的低压直流电可经DC/DC变换器升压，再经过逆变后提供用户使用。
为了获得高效率的燃料电池变换器，研究低压直流输入、低成本、低污染、高效率、高功率密度的DC/DC变换器有着十分重要的意义。
燃料电池发电系统前端DC/DC变换器的研究1.2 燃料电池的工作原理1.2.1 燃料电池简介依据电解质的不同，燃料电池分为五大类，碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等，其特性见表1-1[2]。
表1-1 主要燃料电池及其特性电池类型AFC PAFC MCFC SOFC PEMFC燃料纯氢天然气、氢天然气、煤气、沼气天然气、煤气、沼气氢、甲醇、天然气氧化剂纯氧空气（氧气）空气（氧气）空气（氧气）空气（氧气）工作温度（℃）50-220 150-220 650左右900-1050 60-80效率60—90% 37—42% >50% 50—65% 43—58%应用领域太空飞行、国防热电联产电厂联合循环热电厂、电厂船、铁路用车电厂、家庭电源汽车、潜水艇、移动电话、笔记本电脑、家庭加热器、热电联产电厂开发状态宇宙航行工业用200KW电池280KW~2MW试验电厂100KW试验电厂家庭电源、汽车、热电联产、计算机电源、手机电源等山东科技大学学士学位论文质子交换膜燃料电池工作温度低、结构紧凑、质量轻、启动速度快，且使用无毒性的固态电解质膜，可以做到真正的零排放，而且适宜于频繁启动场合、具有比其它类型的燃料电池更高的功率密度，在航天、航海以及电动汽车方面有着巨大的市场潜力，其发电技术的应用研究已在世界范围内掀起高潮，成为当前国际上燃料电池研制开发的热点。
1.2.2 质子交换膜燃料电池工作原理质子交换膜燃料电池是发展较晚的一种新型燃料电池，其原理图如图1-1[3]。
电解质是一种全氟磺酸型固体聚合物，在增湿情况下，可传导质子。
它一般采用铂/碳或铂钉/碳作为催化剂，氢为燃料，空气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为电极板，工作环境温度一般为60~80℃，属低温燃料电池。
质子交换膜型燃料电池中的电极反应类同于其它酸性电解质燃料电池。
阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反应：-++→e H H 222 （1-1）该电极反应产生的电子经外电路到达阴极，氢离子则经电解质膜到达阴极。
氧气与氢离子及电子在阴极发生反应生成水。
反应式如下：O H e H O 222221→++-+ （1-2） 总的化学反应为：O H O H 22221→+ （1-3）燃料电池发电系统前端DC/DC变换器的研究图1- 1 质子交换膜燃料电池工作原理图1.3 燃料电池的工作特性1.3.1 质子交换膜燃料电池的静态特性[3]燃料电池的输出特性一般包括伏安特性(I一V曲线)和功率特性(I一P 曲线)。