燃料电池内阻测试仿真研究及硬件设计

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燃料电池具有节能环保、能量密度高、使用效率高等优点,受到国内外专家及科研机构的广泛关注。为了监测燃料电池的实时健康状态,保证其高效稳定地运行,必须对燃料电池的内阻参数进行实时测试。本文建立一种基于电化学阻抗谱法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS),结合Bangbang控制理论来引入多频激励信号的燃料电池内阻测试方案。本文主要研究内容如下:首先,分析燃料电池的工作原理及其内阻等效电路模型,建立一种基于EIS并结合Bangbang控制引入单频正弦激励信号或多频正弦叠加激励信号的调控方法,并设计出燃料电池内阻测试系统方案。其次,基于EIS和Bangbang控制理论,建立激励信号调控电路模型。采用Simulink和PSpice进行电路仿真,不断优化仿真参数。同时,对影响燃料电池内阻测试精度的主要因素进行分析,为硬件设计明确性能指标。然后对整体电路进行设计,将其分为四个模块,对每个模块进行针对性的设计。最后,搭建燃料电池内阻测试实物平台,对仿真结果进行验证。基于该实物平台对整体硬件功能进行验证,并开展相关实验分析,包括内阻等效模型测试结果分析、电流电压信号测量结果分析以及A/D采样电路性能分析。实验表明,该硬件测试平台所测内阻值的精度可达96.025%,且电压信号和电流信号的采样误差较小,能够满足燃料电池内阻测试的要求。本文通过建立燃料电池激励信号调控电路模型,搭建了燃料电池内阻测试平台,并对内阻测试结果和不同激励下的电压信号、电流信号进行了测量和误差分析,结果满足实际应用要求。其中,多频叠加信号对燃料电池系统的性能影响较小,测试时间短,实时性好。这种通过Bangbang控制引入多频叠加激励信号的交流信号调控方法为燃料电池内阻的实时性测量提供了新的思路,具有实际的工程意义。
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