燃料电池模拟器简介

　　什么是燃料电池模拟器？
　　一种燃料电池供电系统，包括燃料电池堆、燃料供给系统、电力电子逆变器和主控制器[2]。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。
　　值得注意的是，燃料电池电压随供应燃料流量的值直接变化，而与负载电流成间接比例[1]。整个系统集成良好，因此逆变器的特性和主控制器的响应提高了整体系统性能。
　　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，可用于几瓦到数兆瓦的系统。常见的应用包括交通、便携式电源和分布式发电[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。
　　商用燃料电池有六种类型：碱性燃料电池、直接甲醇（DM）燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜（PEM）燃料电池和固体氧化物（SO）燃料电池[2]。根据具体应用，根据所提供的优点选择适当的燃料电池类型。
　　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 燃料电池由于其高功率密度和可用于热电联产应用的高品位废热，对于工业层面的分布式能源应用很有吸引力。 DM 燃料电池用作便携式电源，因为它们不需要任何燃料处理并在低温下运行。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，由于质子交换膜燃料电池不产生任何污染物，但具有高功率密度、稳定状态下可靠的电力和快速启动能力，因此对车辆应用具有吸引力。
　　燃料电池模拟器的工作原理

　　燃料电池通过简单的电化学反应产生电力，其中氧化剂和燃料反应形成典型燃料电池的水产物[1]。燃料主要是氢气，而氧化剂是空气中的氧气。氧气不断地流过阴极，而氢气则流过阳极，产生电能，并产生副产品热和水。由于燃料电池中没有移动部件，因此它是一种安静且可靠的电源。

　　PEM 燃料电池示例的示意图如图 1 所示。

　　图 1.  PEM 燃料电池示意图。

　　图 2 显示了具有功率级和控制级的燃料电池仿真器实现示例。
　　燃料电池仿真器的功率级包括一个具有高功率能力、小纹波直流链路的电流源转换器（降压整流器）和一个 DC/DC 降压转换器 [2]。两个电力电子电路和基于 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。它可以在所有三个工作区域 - 激活区域、欧姆区域和浓度区域发挥作用。

　　功率级输入端有交流电，输出端产生直流电，遵循燃料电池的 VI 特性。在前端，感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油流量命令。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。