燃料電池是將燃料的化學能直接轉化為電能的裝置。它們是一種清潔能源，具有很高的儲能能力。近年來，燃料電池在多種應用中的應用越來越受到關注。分布式資源技術的獨立方面使燃料電池成為有用的資源，這些區(qū)域沒有由電網(wǎng)供電或電網(wǎng)不可靠且需要備用電源。

燃料電池仿真器可用于各種類型的燃料電池控制相關研究。

什么是燃料電池模擬器？

燃料電池供電系統(tǒng)包括燃料電池堆、燃料供應系統(tǒng)、基于電力電子的逆變器和主控制器。燃料電池通常產生直流輸出電壓，該電壓是負載電流值和燃料流量的函數(shù)。

需要注意的是，燃料電池電壓直接隨供給燃料流量的值而變化，而它與負載電流成間接比例。整個系統(tǒng)集成良好，因此逆變器的特性和來自主控制器的響應提高了整個系統(tǒng)的性能。

選擇合適的燃料電池

與其他能量轉換技術相比，燃料電池具有廣泛的應用范圍，適用于幾瓦到幾兆瓦的系統(tǒng)。最常見的應用包括交通運輸、便攜式電源和分布式發(fā)電。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。

市售燃料電池有六種類型——堿性、直接甲醇 （DM）、熔融碳酸鹽、磷酸、質子交換膜 （PEM） 和固體氧化物 （SO） 。根據(jù)具體應用，根據(jù)所提供的優(yōu)勢選擇合適的燃料電池類型。

例如，PEM 燃料電池主要用于汽車應用，而 SO 燃料電池則用于固定電源。SO 燃料電池因其高功率密度和可用于熱電聯(lián)產應用的高品位廢熱而對工業(yè)級分布式電源應用具有吸引力。DM 燃料電池被用作便攜式電源，因為它們不需要任何燃料處理并且在低溫下運行。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，由于它們沒有任何污染物，但具有高功率密度、穩(wěn)定狀態(tài)下的可靠功率和快速啟動能力，因此 PEM 燃料電池對車輛應用具有吸引力。

燃料電池仿真器的工作原理

燃料電池通過簡單的電化學反應產生電能，其中氧化劑和燃料反應形成典型燃料電池的水產物。燃料主要是氫氣，而氧化劑是空氣中的氧氣。氧氣不斷通過陰極，而氫氣通過陽極產生電能，并產生熱量和水作為副產品。由于燃料電池中沒有運動部件，因此它是一種安靜可靠的電源。

示例 PEM 燃料電池的示意圖如圖 1 所示。

圖 1. PEM 燃料電池示意圖。EETech 的圖像屬性

圖 2 顯示了具有功率級和控制級的示例燃料電池仿真器實施。

燃料電池仿真器的功率級包括一個電流源轉換器（降壓整流器），它具有小紋波直流鏈路的高功率能力和一個 DC/DC 降壓轉換器 。兩個電力電子電路和一個基于 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。它可以在所有三個操作區(qū)域中發(fā)揮作用——激活、歐姆和濃度。

功率級在輸入端有交流電，在輸出端產生直流電，這符合燃料電池的 VI 特性。在前端，檢測兩個線間輸入電壓以實現(xiàn)控制同步。測量降壓轉換器的輸出電壓和負載電流以控制輸出直流電壓。用戶為降壓整流器提供燃料流量命令?？刂破鞯妮敵鍪墙祲赫髌鞯牧鶄€開關和降壓轉換器的開關的開關信號。

EETech 的圖像屬性

圖 2. 示例燃料電池仿真器的功率級和控制級。EETech 的圖像屬性