一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备，包括燃料电池电化学电源、DC/DC变换器以及负载，所述燃料电池电化学电源的输出端与DC/DC变换器的输入端相连，所述DC/DC变换器的输出端与负载的输入端相连，所述燃料电池电化学电源的输出端与扰动信号检测装置的输入端相连，所述扰动信号检测装置的输出端与DC/DC变换器的输出端相连，所述DC/DC变换器的输出端与储能设备相连；所述扰动信号检测装置包括若干电感和电力电子开关器件，所述电感与电力电子开关器件相连，它们连接构成半桥式电路或桥式电路，所述电力电子开关器件由PWM信号控制。本发明专利技术能通过降低功率损耗，提高集成度和使用低额定值器件，达到减低成本的目的。减低成本的目的。减低成本的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备


[0001]本专利技术属于燃料电池、电化学阻抗检测和电力电子硬件领域，尤其涉及一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备。

技术介绍

[0002]本专利技术提出的设备主要应用于燃料电池电化学阻抗频谱的检测，设备用于产生检测所需的电流扰动信号于燃料电池输出端。完整的阻抗频谱检测流程的后续的步骤为获得燃料电池的输出电压反馈和计算出阻抗。现有的用于产生扰动的硬件设备方案可以分为：线性设备、将检测功能集成于大功率DC/DC变换器和专用电化学阻抗DC/DC变换器。
[0003]线性设备将功率半导体器件运行在线性区，接在燃料电池输出的两端，通过控制电压的调控，从而产生通过线性设备的扰动电流信号，作用于燃料电池输出端，用于启动燃料电池电化学阻抗的检测。线性设备类似于一个可编程负载，有较大的功率损耗，需要较大的散热器件。燃料电池的输出一般通过一个大功率DC/DC接到负载，在大功率DC/DC变换器的方案中，大功率DC/DC变换器的控制回路中引入扰动信号，从而控制大功率DC/DC变换器在燃料电池输出端的直流功率输出上产生交流扰动信号，用于燃料电池电化学阻抗检测。专用电化学阻抗DC/DC变换器的方案是设计额外的一个专门用于产生扰动信号的DC/DC变换器接在燃料电池的输出端，与大功率DC/DC变换器分开。
[0004]应用于燃料电池电化学内阻抗频谱检测的扰动信号为交流信号，扰动信号的形式可以是正弦或方波等，包含高频和低频的信号，从而获得完整的阻抗频谱信息。在产生电流扰动信号后，需要获取燃料电池的反馈电压信号，并且计算出不同频率的扰动信号对应的燃料电池的内阻，获得内阻抗的频谱，而该频谱信息可应用于用于燃料电池状态的判定，如故障或寿命衰减。
[0005]现有的硬件方案中，线性设备的会产生较大的功率损耗，特别是用于大功率的燃料电池电堆上时，因此需要一个高成本和大体积的散热方案。而大功率DC/DC变换器的方案在实际应用中，可能需要对原有的大功率DC/DC变换器进行软硬件的整改后才能使用，而一般工程中，大功率DC/DC由供应商提供，并不一定能开放软硬件整改。专用电化学阻抗DC/DC方案中，额外的一个DC/DC变换器需要比较大的成本和复杂的设计，并且需要额外一个负载，需要较大散热器，集成度会降低。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备，包括燃料电池电化学电源、DC/DC变换器以及负载，所述燃料电池电化学电源的输出端与DC/DC变换器的输入端相连，所述DC/DC变换器的输出端与负载的输入端相连，所述燃料电池电化学电源的输出端与
扰动信号检测装置的输入端相连，所述扰动信号检测装置的输出端与DC/DC变换器的输出端相连，所述DC/DC变换器的输出端与储能设备相连；
[0009]所述扰动信号检测装置包括若干电感和电力电子开关器件，所述电感与电力电子开关器件相连，它们连接构成半桥式电路或桥式电路，所述电力电子开关器件由PWM信号控制。
[0010]优选地，所述的一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备，所述半桥式电路包括两个电力电子开关器件和电感，所述电力电子开关器件和另一电力电子开关器件相串联连接，所述电感连接至串联的电力电子开关器件之间。
[0011]优选地，所述的一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备，其特征在于：所述桥式电路包括四个电力电子开关器件和两个电感，其中两个电力电子开关器件相串联，一电感连接至串联的电力电子开关器件之间，另外两个电力电子开关器件也相串联，另一电感连接至另一串联的电力电子开关器件之间，同时串联的两个电力电子开关器件与另一串联的电力电子开关器件相并联，两个电感与燃料电池电化学电源相连。
[0012]借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：
[0013]本专利技术为高集成度的设备，由一个电感和两个电力电子半导体组成，结构简单，利用系统中的固定电压，即现有的大功率DC/DC变换器的输出端电压来调制出扰动信号，无需额外负载。本专利技术的功率损耗低，也不会改动大功率DC/DC变换器的软硬件，而且只有扰动信号相关的交流信号会通过此硬件，降低了功率损耗，可以使用额定值较低的器件，提高了集成度，达到减低成本的目的。
[0014]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0016]图1是本专利技术的连接结构图；
[0017]图2是本专利技术的扰动信号检测装置的一连接电路；
[0018]图3是本专利技术的扰动信号检测装置的另一连接电路；
[0019]图4a是本专利技术的扰动信号检测装置的输入侧波形图；
[0020]图4b是本专利技术的燃料电池电化学电源输出电流及叠加的扰动电流的波形图；
[0021]图4c是本专利技术的燃料电池电化学电源输出电压及叠加的扰动电压的波形图；
[0022]图5a是本专利技术基于Simulink的仿真图中的装置电流波形图；
[0023]图5b是本专利技术基于Simulink的仿真图中电源电流波形图；
[0024]图5c是本专利技术基于Simulink的仿真图中装置的PWM控制信号的波形图；
[0025]图5d是本专利技术基于Simulink的仿真图中DC/DC变换器固定电压的波形图。
具体实施方式
[0026]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0027]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0028]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0029]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产生扰动信号用于检测燃料电池电化学阻抗的设备，其特征在于：包括燃料电池电化学电源(1)、DC/DC变换器(2)以及负载(3)，所述燃料电池电化学电源(1)的输出端与DC/DC变换器(2)的输入端相连，所述DC/DC变换器(2)的输出端与负载(3)的输入端相连，所述燃料电池电化学电源(1)的输出端与扰动信号检测装置(4)的输入端相连，所述扰动信号检测装置(4)的输出端与DC/DC变换器(2)的输出端相连，所述DC/DC变换器(2)的输出端与储能设备(5)相连；所述扰动信号检测装置(4)包括若干电感和电力电子开关器件，所述电感与电力电子开关器件相连，它们连接构成半桥式电路或桥式电路，所述电力电子开关器件由PWM信号控制。...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈佳斌，董震，周洪雷，董清华，
申请(专利权)人：苏州溯驭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：