基于交错并联boost电路的阻抗测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，公开了一种基于交错并联boost电路的阻抗测量装置，其特征在于：包括交错boost主电路、boost扰动电路、PI控制器、驱动电路、信号采集模块、阻抗计算模块，PI控制器比较反馈回来的负载信号与给定的参考信号，对得到的误差值进行运算得到占空比，作为PI控制器中PWM模块的占空比。本发明专利技术还公开了一种基于交错并联boost电路的阻抗测量装置的测量方法。本发明专利技术基于交错并联boost电路的阻抗测量装置及其测量方法，通过在交错并联boost电路实现电动汽车燃料电池升压的同时，实现了燃料电池阻抗的测量，无需外加激励源。源。源。

【技术实现步骤摘要】
基于交错并联boost电路的阻抗测量装置及其测量方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种基于交错并联boost电路的阻抗测量装置及其测量方法。

技术介绍

[0002]当燃料电池发生故障时，其内部阻抗也会随之改变，整个燃料电池的性能就会降低。因此，有必要准确诊断燃料电池的状态。通过在线测量燃料电池阻抗，基于燃料电池阻抗与内部状态参数的耦合关系，可在线估计燃料电池的内部状态，及时调整工作状态，有效避免燃料电池膜过干或电极水淹等故障，提高燃料电池的使用寿命。
[0003]目前，国内外采用的燃料电池内阻测量方法主要是断流法和交流阻抗谱法。交流阻抗谱法需要设计独立激励源来产生交流扰动信号加到燃料电池两端，而激励源的设计通常比较复杂，且速度过慢。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种基于交错并联boost电路的阻抗测量装置及其测量方法，通过在交错并联boost电路实现电动汽车燃料电池升压的同时，实现了燃料电池阻抗的测量，无需外加激励源。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所涉及的基于交错并联boost电路的阻抗测量装置，包括：
[0006]交错boost主电路：输入端与燃料电池相连，输出端与负载相连，对燃料电池的输出电压进行升压变换；
[0007]boost扰动电路：并联于所述交错boost主电路，产生扰动信号，对燃料电池的输出电压和电流进行扰动；
[0008]PI控制器：输入端与所述负载相连，输出端连有驱动电路，输出PWM信号控制所述boost扰动电路产生正交伪随机二进制序列的扰动信号；
[0009]驱动电路：将所述PI控制器输出的PWM信号进行功率放大，驱动所述boost扰动电路的开关管工作，同时保护所述boost扰动电路的开关管；
[0010]信号采集模块：输入端与所述燃料电池连接，输出端与阻抗计算模块连接，用于采集所述燃料电池的输出电压和输出电流；
[0011]阻抗计算模块：接收所述信号采集模块采集的燃料电池的输出电压与输出电流信号，采用快速m序列变换和快速Hadamard变换计算获得该燃料电池的阻抗；
[0012]所述PI控制器比较反馈回来的负载信号与给定的参考信号，对得到的误差值进行运算得到占空比，作为所述PI控制器中PWM模块的占空比。
[0013]优选地，所述交错boost主电路包括并联的第一boost电路、第二boost电路和第一电容，所述第一boost电路包括第一电感、第一开关管和第一二极管，所述第二boost电路包括第二电感、第二开关管和第二二极管，所述第一电感的正极与所述燃料电池的正极相连，
负极与所述第一二极管的正极相连，所述第二电感的正极与所述燃料电池的正极相连，负极与所述第二二极管的正极相连，所述第一开关管的集电极与所述第一电感的负极相连，发射极与所述燃料电池的负极相连，所述第二开关管的集电极与所述第二电感的负极相连，发射极与所述燃料电池的负极相连，所述第一电容并联在所述交错boost主电路的输出端上，所述boost扰动电路包括第三电感、第三开关管、第三二极管和第二电容，所述第三电感的正极与所述燃料电池的正极相连，负极与所述第三二极管的正极相连，所述第三开关管的集电极与所述第三电感的负极相连，发射极与所述燃料电池的负极相连，所述第二电容与所述第一电容并联。
[0014]优选地，所述第一开关管和第二开关管的门极接受扰动信号，相位控制为交错的180
°
，所述第一开关管和第二开关管接受扰动信号的占空比相同，所述第一二极管和第二二极管在所述第一开关管和第二开关管关断时起续流作用。
[0015]优选地，按照电感电流是否连续将所述交错boost主电路分为电流连续模式和电流断续模式。
[0016]优选地，所述信号采集模块包括电压采样电路和电流采样电路。
[0017]一种所述基于交错并联boost电路的阻抗测量装置的测量方法，通过所述PI控制器输出PWM信号控制所述boost扰动电路产生正交伪随机二进制序列的扰动信号，所述PI控制器比较交错boost主电路的输出电流与燃料电池实际上的输出电流，将二者差值输入所述PI控制器以输出占空比，进而控制燃料电池的输出电流，同时，所述PI控制器通过所述boost扰动电路将扰动信号引入燃料电池中，通过所述信号采集模块采集燃料电池的输出电压和输出电流，再使用快速m序列变换和快速Hadamard变换计算出燃料电池的内阻。
[0018]优选地，所述交错boost主电路的工作包括如下四个阶段：
[0019]1)当所述第一boost电路和第二boost电路中的第一开关管和第二开关管均导通时，所述第一boost电路和第二boost电路中的第一电感和第二电感通过燃料电池的输出储存电能，流经所述第一电感和第二电感的电流逐渐增大，满足如下公式：
[0020][0021]式中，V1为第一电感的电压，V2为第二电感的电压，第一电感和第二电感的电感值均为L，为第一电感的电流，为第一电感的电流；
[0022]2)关闭所述第二开关管，所述第一开关管继续导通，所述第一电感通过燃料电池的输出继续储存电能，所述第二电感通过所述第二二极管与燃料电池输出电压一起为负载供电，此时流经所述第二电感的电流逐渐变小，满足如下公式：
[0023][0024]3)所述第一开关管和第二开关管均导通，所述第一boost电路和第二boost电路中的第一电感和第二电感通过燃料电池的输出储存电能，流经所述第一电感和第二电感的电流逐渐增大；
[0025]4)关闭所述第一开关管，所述第二开关管继续导通，此时所述第二电感通过燃料电池的输出继续储存电能，所述第一电感则通过所述第一二极管与燃料电池输出电压一起为负载供电，此时流经所述第一电感的电流逐渐变小，根据伏秒平衡原理得到：
[0026][0027]式中，T为所述第二开关管的导通时间，表示第一电感和第二电感的纹波电流，A
V
表示电压增益，D表示占空比。
[0028]优选地，所述扰动信号的生成包括如下步骤：
[0029]A)成一组伪随机二进制序列作为第一组序列；
[0030]B)将序列01010101
…
与第一组序列进行模2加法运算生成第二组序列；
[0031]C)将序列001100110011
…
与第一组序列进行模2加法运算生成第三组序列；
[0032]D)将序列0000111100001111
…
与第一组序列进行模2加法运算生成第四组序列
……
；
[0033]依据上述信号的产生原理，得到正交伪随机二进制序列的部分时域波形图，以10kHz速率生成，信号长度为63位，两组正交序列不存在相同频率的谐波。
[0034]优选地，对系统响应信号求解时，为了减轻运算负荷，引入快速哈达码变换从而实现快速m序列变换，哈达码矩阵为n阶方阵，n＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交错并联boost电路的阻抗测量装置，其特征在于：包括：交错boost主电路：输入端与燃料电池相连，输出端与负载相连，对燃料电池的输出电压进行升压变换；boost扰动电路：并联于所述交错boost主电路，产生扰动信号，对燃料电池的输出电压和电流进行扰动；PI控制器：输入端与所述负载相连，输出端连有驱动电路，输出PWM信号控制所述boost扰动电路产生正交伪随机二进制序列的扰动信号；驱动电路：将所述PI控制器输出的PWM信号进行功率放大，驱动所述boost扰动电路的开关管工作，同时保护所述boost扰动电路的开关管；信号采集模块：输入端与所述燃料电池连接，输出端与阻抗计算模块连接，用于采集所述燃料电池的输出电压和输出电流；阻抗计算模块：接收所述信号采集模块采集的燃料电池的输出电压与输出电流信号，采用快速m序列变换和快速Hadamard变换计算获得该燃料电池的阻抗；所述PI控制器比较反馈回来的负载信号与给定的参考信号，对得到的误差值进行运算得到占空比，作为所述PI控制器中PWM模块的占空比。2.如权利要求1所述基于交错并联boost电路的阻抗测量装置，其特征在于：所述交错boost主电路包括并联的第一boost电路、第二boost电路和第一电容，所述第一boost电路包括第一电感、第一开关管和第一二极管，所述第二boost电路包括第二电感、第二开关管和第二二极管，所述第一电感的正极与所述燃料电池的正极相连，负极与所述第一二极管的正极相连，所述第二电感的正极与所述燃料电池的正极相连，负极与所述第二二极管的正极相连，所述第一开关管的集电极与所述第一电感的负极相连，发射极与所述燃料电池的负极相连，所述第二开关管的集电极与所述第二电感的负极相连，发射极与所述燃料电池的负极相连，所述第一电容并联在所述交错boost主电路的输出端上，所述boost扰动电路包括第三电感、第三开关管、第三二极管和第二电容，所述第三电感的正极与所述燃料电池的正极相连，负极与所述第三二极管的正极相连，所述第三开关管的集电极与所述第三电感的负极相连，发射极与所述燃料电池的负极相连，所述第二电容与所述第一电容并联。3.如权利要求2所述基于交错并联boost电路的阻抗测量装置，其特征在于：所述第一开关管和第二开关管的门极接受扰动信号，相位控制为交错的180
°
，所述第一开关管和第二开关管接受扰动信号的占空比相同，所述第一二极管和第二二极管在所述第一开关管和第二开关管关断时起续流作用。4.如权利要求1所述基于交错并联boost电路的阻抗测量装置，其特征在于：按照电感电流是否连续将所述交错boost主电路分为电流连续模式和电流断续模式。5.如权利要求1所述基于交错并联boost电路的阻抗测量装置，其特征在于：所述信号采集模块包括电压采样电路和电流采样电路。6.一种如权利要求1所述基于交错并联boost电路的阻抗测量装置的测量方法，其特征在于：通过所述PI控制器输出PWM信号控制所述boost扰动电路产生正交伪随机二进制序列的扰动信号，所述PI控制器比较交错boost主电路的输出电流与燃料电池实际上的输出电流，将二者差值输入所述PI控制器以输出占空比，进而控制燃料电池的输出电流，同时，所述PI控制器通过所述boost扰动电路将扰动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芙蓉，卢忠昌，谢长君，杨扬，朱文超，石英，杜帮华，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：