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全球能源危机和人们对环境保护的日益关注,采用氢能作为能量来源的燃料电池发电是未来清洁、绿色、高效的可再生能源发电方式之一。其高效率、高功率密度、低噪音、环保和配置灵活等特点,使得燃料电池广泛用于航空航天、交通运输、通信、国防等各种场合。燃料电池由于内部是电化学反应,在负载快速切换时,输出电压和电流的调整需秒级的时间才能达到新的平衡,而且这种负载突然变化的工况可能会导致局部指标超标而影响其使用寿命。因此,针对燃料电池的输出特性,选用合适的辅助储能设备,并设计适用于燃料电池发电系统的电力电子变换装置,以弥补其在动态响应上的不足,实现稳定、高效的电能能量成为一个重要的研究课题。本论文研究课题以超级电容作为燃料电池的能量缓冲单元,并设计系统中的燃料电池后级DC-DC变换器、双向DC-DC变换器以及相应的控制方法,为今后组建完整的燃料电池-超级电容混合供电系统打下良好的技术基础。首先,论文对系统中燃料电池和超级电容的特性进行了实验测试,为燃料电池和超级电容混合发电系统的方案设计提供了依据。接着,设计一种适用于燃料电池的后级DC-DC变换器,与传统单相Boost变换器相比,该拓扑能很好地改善主开关管的开关环境,并通过漏感有效地抑制了二极管的反向恢复电流。论文详细地分析了其工作原理,完成相关理论推导和参数设计,并进行了实验验证。再次,论文提出了一种适用于燃料电池系统中能量存储单元的双向DC-DC变换器。该变换器使用耦合电感的交错并联结构,实现了所有开关管在宽负载范围内的ZVS软开关；采用移相加PWM控制技术,降低了漏感电流有效值,提高了变化效率。本文详细地分析其工作过程及相应的公式推导和给出了电路参数设计方法,并采用DSP数字控制器实现双向功率的控制。最后,设计了1kW双向DC-DC变换器的实验样机,实验结果很好地验证了理论分析。