楊興超 陳卓 馮謹(jǐn)濤 徐洋濤

關(guān)鍵詞：并網(wǎng) 燃料電池 仿真建模 功率控制器

1 引言

一般對燃料電池比較好的理解是一種可以承載某些電化學(xué)反應(yīng)的容器，根據(jù)所需燃料的特性可以將燃料電池分為熔融碳酸鹽類（MCFC）、堿性類（AFC）、酸性類（PAFC）、固體氧化物類（SOFC）、質(zhì)子交換膜類（PEMFC）等[1]。由于燃料電池反應(yīng)的介質(zhì)不同，每種燃料電池的反應(yīng)原理也不同，不過燃料電池共同的特點也比較鮮明，具體為：

（1）燃料電池具有非常高的能量轉(zhuǎn)換效率，基本上可以達(dá)到85% 以上;（2）與燃油發(fā)動機等設(shè)備相比，燃料電池具有很低的空氣污染率，由于燃料電池大多采用氫含量很高的反應(yīng)物，所以在CO2 的排放上也是非常友好，若是以純氫作為燃料，那么排放的產(chǎn)物就是水;（3）燃料電池工作的原理是電化學(xué)反應(yīng)，所以具有很少的反應(yīng)部件。運行高效、安靜、平穩(wěn)

圖1 是燃料電池反應(yīng)的原理圖[2]，可以看出氫氣通過燃料電池的陽極分離為氫離子，隨后氫離子進(jìn)入電解質(zhì)中，最后經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)，在燃料電池的陰極產(chǎn)生氧氣和水。整個反應(yīng)過程中，電子有通過外部導(dǎo)線進(jìn)行流動最終形成電流[3]。

2 數(shù)學(xué)建模

該模型基于如下所示的燃料電池堆的等效電路，等效電路的簡化模型如圖2 所示：

3 模型搭建

根據(jù)上面的數(shù)學(xué)分析進(jìn)行Simulink 建模如下圖4。

4 仿真分析

通過MATLAB 建模參數(shù)的確認(rèn)之后，進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5、6、7、8 所示D/Q 軸電流變化趨勢、三相電壓波形圖、直流電壓側(cè)電壓圖。

圖5 可以看出，通過逆變器之后三相電壓變化平滑，電池發(fā)電的電壓和電流輸出平穩(wěn)。電流的波形圖可以看出，三相電流的波形圖具有尖峰，說明逆變器開關(guān)具有一定的開關(guān)損耗。通過一系列的反應(yīng)之后，電堆的電壓開始平穩(wěn)?；痉€(wěn)定在400V。

5 結(jié)語

本文以燃料電池為研究對象，通過分析燃料電池反應(yīng)物和氫氧含量的輸入條件，電壓為輸出條件進(jìn)過一系列的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，推導(dǎo)出燃料電池電壓與輸入輸出條件的關(guān)系，最后進(jìn)過逆變器整流并網(wǎng)放電。整個建模過程利用MATLAB 工具箱，仿真精度10-6。模型真實可靠。