基于Buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置的制作方法

本技术涉及制氢电源，尤其涉及一种基于buck(降压斩波)串联拓扑的直流耦合制氢电源装置。

背景技术：

1、直流耦合电解水制氢是消纳可再生能源的重要途径之一。在直流耦合制氢装置中，通常是采用dc/dc拓扑实现电源变换再提供给电解槽，光伏通常是采用直接dc/dc拓扑，风电系统则采用ac/dc+dc/dc拓扑，但是光伏、风电系统与制氢电解槽的电压等级差异通常较大，如光伏系统采用dc1500v，风电系统采用ac1140v，当前主流制氢电解槽的额定电压等级则通常为dc300v～700v。而由于该光伏、风电系统较高的额定电压等级与制氢电解槽的较低额定电压等级之间的差异，直接采用传统dc/dc变换器进行变换会存在直流电压利用率低、效率较低、输出纹波指标差等问题。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、电压利用率与效率以及器件复用性高的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

3、一种基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，包括串联连接的两个以上的斩波单元，每个所述斩波单元的输入端依次串联后连接外部电源系统直流母线，每个所述斩波单元的输出端分别连接电解槽，每个所述斩波单元包括并联连接的输入电容以及多条斩波桥臂，每条斩波桥臂通过一斩波电抗器连接至输出端，各个所述斩波单元为相同结构的buck电路。

4、进一步的，由第一个斩波单元的输入正极作为总输入正极以连接外部电源直流母线正极，第一个斩波单元的输入负极与第二个斩波单元的输入正极连接，第二个斩波单元的输入负极与下一个斩波单元的输入正极连接，直至最后一个斩波单元的输入负极作为总输入负极以与外部电源直流母线负极连接。

5、进一步的，每条所述斩波桥臂中上桥臂包括至少一组开关管、下桥臂包括至少一组二极管，各所述开关管与各所述二极管串联连接。

6、进一步的，所述斩波桥臂中上桥臂、下桥臂均由开关管构成，各所述开关管串联连接。

7、进一步的，所述开关管为igbt、gto、gtr、mosfet、igct、iegt中任意一种的半导体开关器件，或所述开关管为所述半导体开关器件与二极管反并联连接组成的复合开关器件。

8、进一步的，各个所述斩波单元的总输入端还设置有预充电模块，所述预充电模块包括并联连接的输入开关以及预充电支路，所述预充电支路包括串联连接的预充电电阻以及预充电控制开关。

9、进一步的，每个所述斩波单元的输入侧和/或输出侧还设置有电压检测电路。

10、进一步的，各所述斩波电抗器的输入端还设置有电流检测电路。

11、进一步的，在所有的所述斩波单元或部分所述斩波单元的输出端设置滤波电路。

12、进一步的，所述滤波电路为滤波电容、lc滤波电路、rc滤波电路、由电容与电感组成构成的复式滤波电路中任意一种。

13、与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型采用buck串联拓扑形成直流耦合制氢电源装置，使每个斩波单元的输入电压降低，间接提高了运行占空比，进而提高了直流电压利用率，同时还能够显著降低开关管电压应力，实现低电压等级开关管在高压系统的应用，从而提升系统效率同时降低成本，开关管电压等级的降低还有利于继续提高开关频率，进而提升系统输出纹波性能，并进一步降低系统成本，同时装置中各串联单元电路是采用相同结构的buck电路，各斩波单元之间可直接互换，使得电路整体及部件、器件之间的复用性高，可以提高装置的运行可靠性与灵活性，同时可以进一步降低实现成本。

技术特征：

1.一种基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，包括串联连接的两个以上的斩波单元(1)，每个所述斩波单元(1)的输入端依次串联后连接外部电源系统直流母线，每个所述斩波单元(1)的输出端分别连接电解槽(2)，每个所述斩波单元(1)包括并联连接的输入电容以及多条斩波桥臂，每条斩波桥臂通过一斩波电抗器连接至输出端，各个所述斩波单元为相同结构的buck电路。

2.根据权利要求1所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，由第一个斩波单元的输入正极作为总输入正极以连接外部电源直流母线正极，第一个斩波单元的输入负极与第二个斩波单元的输入正极连接，第二个斩波单元的输入负极与下一个斩波单元的输入正极连接，直至最后一个斩波单元的输入负极作为总输入负极以与外部电源直流母线负极连接。

3.根据权利要求1所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，每条所述斩波桥臂中上桥臂包括至少一组开关管、下桥臂包括至少一组二极管，各所述开关管与各所述二极管串联连接。

4.根据权利要求1所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，所述斩波桥臂中上桥臂、下桥臂均由开关管构成，各所述开关管串联连接。

5.根据权利要求3或4所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，所述开关管为igbt、gto、gtr、mosfet、igct、iegt中任意一种的半导体开关器件，或所述开关管为所述半导体开关器件与二极管反并联连接组成的复合开关器件。

6.根据权利要求1所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，各个所述斩波单元(1)的总输入端还设置有预充电模块(3)，所述预充电模块(3)包括并联连接的输入开关以及预充电支路，所述预充电支路包括串联连接的预充电电阻以及预充电控制开关。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，每个所述斩波单元(1)的输入侧和/或输出侧还设置有电压检测电路。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，各所述斩波电抗器的输入端还设置有电流检测电路。

9.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，在所有的所述斩波单元或部分所述斩波单元的输出端设置滤波电路(4)。

10.根据权利要求9所述的基于buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，其特征在于，所述滤波电路(4)为滤波电容、lc滤波电路、rc滤波电路、由电容与电感组成构成的复式滤波电路中任意一种。

技术总结
本技术公开一种基于Buck串联拓扑的直流耦合制氢电源装置，包括串联连接的两个以上的斩波单元，每个斩波单元的输入端依次串联连接后连接外部电源系统直流母线，每个斩波单元的输出端分别连接电解槽，每个斩波单元包括并联连接的输入电容以及多条斩波桥臂，每条斩波桥臂通过一斩波电抗器连接至输出端，各个斩波单元为相同结构的Buck电路。本技术具有结构简单、成本低、电压利用率与效率以及器件复用性高等优点。

技术研发人员：宋乾儒,蔡宇峰,陈洁莲,陶洪亮,王雄,吴雪峰,钟强,宁佳伟,龙致远
受保护的技术使用者：株洲中车时代电气股份有限公司
技术研发日：20230531
技术公布日：2024/1/14