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，這些區域沒有由電網供電或電網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？

燃料電池供電系統包括燃料電池堆、燃料供應系統、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。

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。最常見的應用包括交通運輸、便攜式電源和分布式發電。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） 。根據具體應用，根據所提供的優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產應用的高品位廢熱而對工業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中的任何位置，因此是分布式發電的良好候選者。此外，由于它們沒有任何污染物，但具有高功率密度、穩定狀態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域中發揮作用——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。控制器的輸出是降壓整流器的六個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