摘 要

燃料电池清洁环保，发电效率高，是现在全世界各国新能源的研究重要方向。燃料电池运行时它都可以看成有着极小的内阻的可变电源，燃料电池内阻是表征燃料电池温度等自身状态的重要参数。

为了测试单片电池性能以及可以及时发现损坏的电池必须对电池内阻进行测试以及监控。所以就需要从各种测试电池内阻的方法中选择出一种最好的方法，从得出而燃料电池内阻^[1][1]。主要研究工作如下：了解了燃料电池运行时原理，描述了燃料电池内阻等效电路基本模型，分析了目前使用较多的燃料电池内阻测试方法，最后选择基于电化学阻抗谱法的内阻测试装置。

测试出燃料电池内阻的同时，以此燃料电池为电源提供电压，然后进行DC-AC-DC变换，使得从最开始的比较小的直流电，通过电路后变为较大的直流电。

关键词：质子交换膜燃料电池；内阻测试；电化学阻抗频谱； DC-AC-DC

Abstract

Fuel cell is clean, environmental friendly and efficient in power generation. It is the focus of research on new energy sources both at home and abroad. When a fuel cell is working, a fuel cell can be equivalent to a variable voltage source with small resistance, and the fuel cell impedance is an important parameter characterizing the internal state of the fuel cell such as humidity and temperature.

To test the performance of the single cell and can detect damage to the battery, so we must be tested and the monitoring of the internal resistance of the battery. The main research work is as follows: to understand the principle of fuel cell work, to introduce the basic model of the internal resistance of the equivalent circuit of the fuel cell, to compare and analysis the current resistance of several fuel cell testing method, and finally choose EIS.

When the internal resistance of the fuel cell is tested, the fuel cell is used as the power source to supply voltage, and then the DC-AC-DC transform is made to change from the relatively small direct current to the larger direct current through the circuit.

Key Words：PEMC; internal resistance test; EIS; DC-AC-DC

目 录

摘要 I

Abstract II

·第1章绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2发展以及现状 2

1.2.1国外发展概况 3

1.2.2国内发展概况 3

1.3面临的挑战 3

1.4本文的主要工作 4

第2章燃料电池内阻介绍 5

2.1PEMFC质子交换膜燃料电池 5

2.2内阻等效电路基本知识 5

2.3内阻电路模型 6

2.4燃料电池内阻测试方法 7

2.4.1交流阻抗法 7

2.4.2断电流阻断法 7

2.4.3EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)电化学阻抗谱法 8

2.5阻抗测量原理 8

第3章DC-AC-DC电路整体设计方案 11

3.1boost升压电路 11

3.2逆变电路 11

3.3整流电路 13

3.4滤波电路 14

3.5PI控制电路 15

第4章本设计仿真结果以及结论 17

第5章总结 24

参考文献 25

致 谢 27

·第1章 绪论

1.1 目的及意义

能源作为人们现代文明的重要产业越来越受到人们的关注，同时能源消耗带来的各种污染的排放导致各种环境问题已逐渐成为世界人民关注的热点之一，而且日益严重的环境污染不仅给人类及各种物种的生存空间造成了严重威胁，同时也会给我们的后代留下无法想象的隐患，全世界的科学家以及环保人士纷纷要求政府与有关部门加大力度研究开发新能源从而解决能源危机^[2][2]。

当今世界的能源消耗急剧增加使得当今社会的化石能源频频告急不断涨价而人类对资源的需求却有增无减。燃料电池汽车成为了国内外、汽车厂商及科研机构的研究重点，而在其中，燃料电池汽车因为高效率和无污染被认为是极好的发展前景。燃料电池是可以将化学能转化为电能的电池，它其中有燃料处理器、综合热循环系统、安全和控制系统以及变电系统^[3][3]。传统发电机对化石的高度依赖燃料，导致全球变暖和环境污染在最近几十年的动机研究和清洁的、廉价的和强大的电源发展发电设备。其中，燃料电池已被接受为当今能源的一种远景选择。燃料电池具有相当高的功率密度，无发射或任何运动部件。这增加了成为一个可靠和长期使用的系统。此外，相比电池功率（即燃料电池的大小成比例）和电容（即与储层大小成比例）燃料电池的特性是独立的，因此他们可以被广泛使用。尽管取得了普遍的成功燃料电池的进步及其性能由于几个因素的适用性是有限的。本质上，燃料电池的最终成本是商业化的主要障碍 ^[4][4]。但是由于其具有工作温度低( 即能室温快速启动) 、可靠性高、发电效率高、噪音小、无污染、使用灵活、维修方便等优点 ,是最有希望应用于未来电动汽车的动力源 ,目前已成为新能源科学领域中的研究重点^[5][5-7]。燃料电池作为新一代节能环保能源受到了广泛的关注，表现燃料电池是否工作正常的重要指标是内阻。所以设计可实时在线测试的燃料电池内阻测试系统具有十分重要的作用。

电化学电池已被广泛用于能源储存和供应工业，电信，医疗，电力公用事业，消费者和便携式电子应用。在过去的十年中，各种应用层出不穷，而且他们都需要电池，包括便携式电子产品（如智能手机和平板电脑），电动汽车和智能电网。电池储能系统起到关键作用，因为他们可以对这些东西有着显著的影响，影响性能，寿命，可靠性，成本，以及这些系统的安全性。有了迅速发展的电池存储技术方面所取得的进展，一些研究转移到最近出现了关于相关的电池管理系统（BMS）。

一个国家的最先进的电池管理系统实现了各种功能和能力，包括细电池的电压监测和保护，电池组的诊断、荷电状态（SOC）估计，电池平衡，或通信。电池的阻抗是一个重要的参数，因为它提供了有用的信息电池的性能，也可以帮助检测隐藏在电池系统中的隐患。