燃料电池仿真器及其工作原理

燃料电池是将燃料的化学能直接转化为电能的装置。它们是一种清洁能源，具有很高的储能能力。近年来，燃料电池在多种应用中的应用越来越受到关注。分布式资源技术的独立方面使燃料电池成为有用的资源，这些区域没有由电网供电或电网不可靠且需要备用电源。

燃料电池仿真器可用于各种类型的燃料电池控制相关研究。

什么是燃料电池模拟器？

燃料电池供电系统包括燃料电池堆、燃料供应系统、基于电力电子的逆变器和主控制器。燃料电池通常产生直流输出电压，该电压是负载电流值和燃料流量的函数。

需要注意的是，燃料电池电压直接随供给燃料流量的值而变化，而它与负载电流成间接比例。整个系统集成良好，因此逆变器的特性和来自主控制器的响应提高了整个系统的性能。

选择合适的燃料电池

与其他能量转换技术相比，燃料电池具有广泛的应用范围，适用于几瓦到几兆瓦的系统。最常见的应用包括交通运输、便携式电源和分布式发电。由于其高功率密度和低排放，它是最有前途的可再生能源之一。

市售燃料电池有六种类型——碱性、直接甲醇 （DM）、熔融碳酸盐、磷酸、质子交换膜 （PEM） 和固体氧化物 （SO） 。根据具体应用，根据所提供的优势选择合适的燃料电池类型。

例如，PEM 燃料电池主要用于汽车应用，而 SO 燃料电池则用于固定电源。SO 燃料电池因其高功率密度和可用于热电联产应用的高品位废热而对工业级分布式电源应用具有吸引力。DM 燃料电池被用作便携式电源，因为它们不需要任何燃料处理并且在低温下运行。然而，PEM 燃料电池可放置在配电系统中的任何位置，因此是分布式发电的良好候选者。此外，由于它们没有任何污染物，但具有高功率密度、稳定状态下的可靠功率和快速启动能力，因此 PEM 燃料电池对车辆应用具有吸引力。

燃料电池仿真器的工作原理

燃料电池通过简单的电化学反应产生电能，其中氧化剂和燃料反应形成典型燃料电池的水产物。燃料主要是氢气，而氧化剂是空气中的氧气。氧气不断通过阴极，而氢气通过阳极产生电能，并产生热量和水作为副产品。由于燃料电池中没有运动部件，因此它是一种安静可靠的电源。

示例 PEM 燃料电池的示意图如图 1 所示。

图 1. PEM 燃料电池示意图。EETech 的图像属性

图 2 显示了具有功率级和控制级的示例燃料电池仿真器实施。

燃料电池仿真器的功率级包括一个电流源转换器（降压整流器），它具有小纹波直流链路的高功率能力和一个 DC/DC 降压转换器 。两个电力电子电路和一个基于 DSP 的控制器提供电压电流燃料电池特性以及输出电压和电流。它可以在所有三个操作区域中发挥作用——激活、欧姆和浓度。

功率级在输入端有交流电，在输出端产生直流电，这符合燃料电池的 VI 特性。在前端，检测两个线间输入电压以实现控制同步。测量降压转换器的输出电压和负载电流以控制输出直流电压。用户为降压整流器提供燃料流量命令。控制器的输出是降压整流器的六个开关和降压转换器的开关的开关信号。

EETech 的图像属性

图 2. 示例燃料电池仿真器的功率级和控制级。EETech 的图像属性

审核编辑：彭静