什么是燃料電池模擬器？

一種燃料電池供電系統(tǒng)，包括燃料電池堆、燃料供給系統(tǒng)、電力電子逆變器和主控制器[2]。燃料電池通常產(chǎn)生直流輸出電壓，該電壓是負(fù)載電流值和燃料流量的函數(shù)。

值得注意的是，燃料電池電壓隨供應(yīng)燃料流量的值直接變化，而與負(fù)載電流成間接比例[1]。整個系統(tǒng)集成良好，因此逆變器的特性和主控制器的響應(yīng)提高了整體系統(tǒng)性能。

選擇合適的燃料電池

與其他能量轉(zhuǎn)換技術(shù)相比，燃料電池具有廣泛的應(yīng)用范圍，可用于幾瓦到數(shù)兆瓦的系統(tǒng)。常見的應(yīng)用包括交通、便攜式電源和分布式發(fā)電[1]。由于其高功率密度和低排放，它是有前途的可再生能源之一。

商用燃料電池有六種類型：堿性燃料電池、直接甲醇（DM）燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池和固體氧化物（SO）燃料電池[2]。根據(jù)具體應(yīng)用，根據(jù)所提供的優(yōu)點選擇適當(dāng)?shù)娜剂想姵仡愋汀?/p>

例如，PEM 燃料電池主要用于汽車應(yīng)用，而 SO 燃料電池則用于固定電源。 SO 燃料電池由于其高功率密度和可用于熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的高品位廢熱，對于工業(yè)層面的分布式能源應(yīng)用很有吸引力。 DM 燃料電池用作便攜式電源，因為它們不需要任何燃料處理并在低溫下運行。然而，PEM 燃料電池可放置在配電系統(tǒng)中的任何位置，因此是分布式發(fā)電的良好候選者。此外，由于質(zhì)子交換膜燃料電池不產(chǎn)生任何污染物，但具有高功率密度、穩(wěn)定狀態(tài)下可靠的電力和快速啟動能力，因此對車輛應(yīng)用具有吸引力。

燃料電池模擬器的工作原理

燃料電池通過簡單的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力，其中氧化劑和燃料反應(yīng)形成典型燃料電池的水產(chǎn)物[1]。燃料主要是氫氣，而氧化劑是空氣中的氧氣。氧氣不斷地流過陰極，而氫氣則流過陽極，產(chǎn)生電能，并產(chǎn)生副產(chǎn)品熱和水。由于燃料電池中沒有移動部件，因此它是一種安靜且可靠的電源。

PEM 燃料電池示例的示意圖如圖 1 所示。

圖 1. PEM 燃料電池示意圖。

圖 2 顯示了具有功率級和控制級的燃料電池仿真器實現(xiàn)示例。

燃料電池仿真器的功率級包括一個具有高功率能力、小紋波直流鏈路的電流源轉(zhuǎn)換器（降壓整流器）和一個 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器 [2]。兩個電力電子電路和基于 DSP 的控制器提供電壓電流燃料電池特性以及輸出電壓和電流。它可以在所有三個工作區(qū)域 - 激活區(qū)域、歐姆區(qū)域和濃度區(qū)域發(fā)揮作用。

功率級輸入端有交流電，輸出端產(chǎn)生直流電，遵循燃料電池的 VI 特性。在前端，感測兩個線間輸入電壓以實現(xiàn)控制同步。測量降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和負(fù)載電流以控制輸出直流電壓。用戶為降壓整流器提供燃油流量命令。控制器的輸出是降壓整流器的六個開關(guān)和降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的開關(guān)信號。