燃料电池内阻测试用可控交流电流源研究与设计

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要在质子交换膜燃料电池系统中，燃料电池内阻是衡量电子和质子在电极内传输难易程度的主要标志，也是决定电堆发电效率的关键参数。通过实时测量燃料电池内阻以获取电池运行的实时动态信息，增进对燃料电池反应机理的理解和分析，这对提高燃料电池耐久性及使用寿命具有非常重要的意义。而在燃料电池内阻在线测试系统中，可控交流电流源作为整个测试系统的激励源显得尤为关键。本文正是以燃料电池内阻测试用可控交流电流源为研究对象，以DSP为核心控制器，通过DC／DC和Dc／AC两级功率变换单元的设计，实现了

2、高精度、宽范围的变频变幅正弦电流的输出，具体研究内容如下：首先从整体上论述了电流源系统的各个组成部分，提出了用电压型逆变桥实现稳流输出的控制方案，并通过对电压型逆变桥的等效分析论证了该方案的可行性。以数字实现难易程度以及输出效果的好坏为依据，通过对两种经典的SPwM调制方式对比分析，采用了单极性SPWM调制方式，同时开展了控制算法的对比研究。．根据电流源系统的具体要求，采用DSP作为主控制器，给出了基于DSP的系统的硬件结构框图，构建了模块化的硬件平台，包括控制模块，前级Dc／DC功率模块，逆变主模块

3、，通讯模块，辅助电源部分和保护电路，并具体实现了各个模块的硬件电路的设计。在逆变主电路模型的基础上，建立了双电流闭环控制模型并进行仿真研究，仿真结果表明双电流环控制具有很好的稳定性和动态响应。通过对传统的连续PID控制到离散的增量式PI控制的研究，设计了基于DSP的带积分饱和环节的增量式数字PI控制器。完成了基于DSP控制器的电流源系统软件设计，着重对软件设计中的几个重要环节进行分析研究。进行了电流源系统的实验，实验表明该控制系统基本实现了上述控制要求，取得了较好的控制效果。关键字：燃料电池，可控电流

4、源，在线设置，双电流闭环，增量式PI控制ABSTRACTInthePEMFCsystem，impedanceofthefuelcelliSnotonlythemainsignswhichmeasursesthesituationoftheprotonandelectrontransfering，butalsodecidedtostackthekeyparametersofpowergenerationefficiency．Real。timemeasurementimpedanceofriteleell

5、showthereal．timeaccessdynamicirifermation．enhanceunderstandingandanalysisoftherueleellreactionmechanism．hasveryimportantsignificancetoimprovefucleelldurabilityandlife．Inthefuelimpedanceon．1inemonitoringsystem，thecontrollableACcurrentsourceasasourceofexe

6、itationisparticularlycritical．ThisdissertationgivesacurrentsourcesystemdesignwhichtakesDSPasacontroller,andthroughtheiointregulationoftheDC／DCandDC／ACtwo-level—powertfansforrntoachievehighaccuracy,widerangeoffrequencyconversionamplitude-changesinusoidal

7、currentoutput．Theoutputcurrentparameterissetbythemaincontrolboardofinternalimpedancctestwhichisconnectingnetworkthroughcommunicationinterface．nemaincontentiSasfollows：Discussthevariouscomponentsofthecurrentsourcesyetemoverall，makeacontrolprogrammewhicha

8、chievesstablecurrentoutputbyusingvoltageinverterbridge．andprovethefeasibilityoftheprograminebyequivalentanalysisofvoltageinverterbridge．Accordingtotheeaseofdigitaleffects，thequalityofoutputandthecomparativeanalysisofthetwoclassic