一种氢燃料电池阻抗在线测量的交流扰动电路的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池阻抗测量控制领域，尤其涉及一种氢燃料电池阻抗在线测量的交流扰动电路。


背景技术：

2.目前，随着燃料电池，尤其氢燃料电池技术的推广，为了能够延长燃料电池的使用寿命，越来越多的技术转向氢燃料电池的阻抗研究，燃料电池的一个重要组成部分就是质子交换膜。研究表明，质子交换膜的阻抗直接影响了燃料电池的输出特性，合理的控制质子交换膜的工作温度、进气湿度可以减小欧姆极化损失，提高质子交换膜的工作效率。
3.通过燃料电池的交流内阻可以直观的反映出电池内的空气湿度情况(温度可以直接测量)，通过内阻的变化，进行湿度调节，优化燃料电池额输出特性，可以延长使用寿命。
4.常规的测量方法是在氢燃料电池外部增加激励源来产生交流扰动，对氢燃料电池质子交换膜的阻抗进行测量。因此，有必要设计一种电路，在燃料电池工作过程中，利用燃料电池的电压输出特性，使用一个低成本的电路来产生一个特定频率、电流的交流扰动，使得氢燃料电池可以在工作中实时监测氢燃料电池的极化阻抗。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种氢燃料电池阻抗在线测量的交流扰动电路，包含：
6.隔离式栅极驱动电路，隔离式栅极驱动电路的输入端连接单片机的pwm信号输出引脚；
7.nmos管，nmos管的g极连接隔离式栅极驱动电路的输出端，s极串接采样电阻后连接所述交流扰动电路的负连接端，d极串接功率电阻后连接所述交流扰动电路的正连接端，s极连接单片机的信号输入引脚；
8.rcd吸收电路，连接在nmos管的d极与所述负连接端之间。
9.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述隔离式栅极驱动电路包括芯片ucc5320，ucc5320的in+引脚连接一输入电阻的一端，输入电阻的另一端作为隔离式栅极驱动电路的输入端连接单片机的pwm信号输出引脚，ucc5320的in-引脚以及gnd引脚接地，vcc1引脚接3.3v电源，vcc2接15v电源，vee2引脚接所述负连接端，outl引脚和outh引脚各自串接一个输出电阻后连接在一起作为隔离式栅极驱动电路的输出端。
10.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述15v电源通过隔离电源芯片f0515提供；f0515的0v引脚连接至所述正连接端，vin引脚连接正+5v电源，gnd引脚接地，+vo引脚输出所述15v电源。
11.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述输入电阻和2个所述输出电阻均为10欧姆。
12.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述nmos管为igw30n65l5。
13.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述功率电阻为60欧姆。
14.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述采样电阻为0.005欧姆。
15.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述nmos管的d极和s极之间连接有寄生二极管，寄生二极管的阳极连接nmos管的s极，寄生二极管的阴极连接nmos管的d极。
16.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述rcd吸收电路包含吸收电阻、吸收电容和二极管，所述二极管的阳极与吸收电阻的一端连接后连接至nmos管的d极，所述二极管的阴极与吸收电阻的另一端连接后连接至所述吸收电容的一端，所述吸收电容的另一端连接至所述正连接端。
17.进一步地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述吸收电阻为3个51k欧姆的电阻并联，所述吸收电容为100nf。
18.本实用新型的氢燃料电池阻抗在线测量的交流扰动电路，具有电路简单，成本低廉，可以实时监控交流扰动电流，且本实用新型可以隔离燃料电池与单片机等在内的控制部分电路，使得电路更加的安全，准量准确性高。
附图说明
19.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
20.图1是本实用新型的氢燃料电池阻抗在线测量的交流扰动电路一实施例的电路原理图。
具体实施方式
21.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
22.参考图1，本实施例的一种氢燃料电池阻抗在线测量的交流扰动电路，包含：隔离式栅极驱动电路b、nmos管q1以及rcd吸收电路c。
23.隔离式栅极驱动电路b的输入端连接单片机的pwm信号输出引脚。nmos管q1的g极连接隔离式栅极驱动电路b的输出端，s极串接采样电阻r9后连接所述交流扰动电路的负连接端stackneg，d极串接功率电阻r1后连接所述交流扰动电路的正连接端stack，s极连接单片机的信号输入引脚。rcd吸收电路c连接在nmos管q1的d极与所述负连接端stackneg(电压为0v)之间。单片机可以选用型号包括tms320f28335。功率电阻r1大小为60欧姆，采样电阻r9大小为0.005欧姆，接线端load_curr采集采样电阻r9上的电压大小，从而得出采样电阻r9上的电流大小，该大小即为功率电阻r1的大小，因此单片机可以实时知道扰动电流的大小。
24.隔离式栅极驱动电路b包括芯片ucc5320，ucc5320的in+引脚连接一输入电阻r6的一端，输入电阻r6的另一端作为隔离式栅极驱动电路b的输入端连接单片机的pwm信号输出引脚，ucc5320的in-引脚以及gnd引脚接地，vcc1引脚接3.3v电源，vcc2接15v电源，vee2引脚接所述负连接端，outl引脚和outh引脚各自串接一个输出电阻r7、r5后连接在一起作为隔离式栅极驱动电路b的输出端。优选地，在本实用新型的交流扰动电路中，所述输入电阻r6和2个所述输出电阻r7、r5均为10欧姆。
25.15v电源通过隔离电源芯片a提供，隔离电源芯片a型号为f0515；f0515的0v引脚连
接至所述正连接端，vin引脚连接正+5v电源，gnd引脚接地，+vo引脚输出所述15v电源。
26.nmos管q1为igw30n65l5，nmos管q1的d极和s极之间连接有寄生二极管，寄生二极管的阳极连接nmos管的s极，寄生二极管的阴极连接nmos管的d极。
27.rcd吸收电路包含吸收电阻、吸收电容和二极管d1，所述二极管d1的阳极与吸收电阻的一端连接后连接至nmos管q1的d极，所述二极管d1的阴极与吸收电阻的另一端连接后连接至所述吸收电容mk1的一端，所述吸收电容mk1的另一端连接至所述正连接端stack。吸收电阻为3个51k欧姆的电阻r2、r3、r4并联，吸收电容mk1为100nf。
28.本实用新型的工作原理为如下。
29.将负连接端stackneg、正连接端stack分别连接至氢燃料电池的正极和负极，电源vdd和vdd进行供电。氢燃料电池系统启动，等待燃料电池稳定运行条件，具备一定的电流输出能力，此时单片机输出pwm信号pwmctrl，pwm信号pwmctrl通过隔离式栅极驱动电路b，产生控制功率mos的驱动信号，来实现nmos管q1的开通与关断，从而使得回路正连接端stack
→
r1
→
q1
→
r9
→
负连接端stackneg的开通与关断，从而在燃料电池上产生交流扰动，通过控制单片机的pwm信号pwmctrl的占空比，可以控制交流扰动的评率。功率电阻r1通过电流后会产生热量，因此功率电阻r1需要安装在散热良好的位置上。rcd吸收电路c用于吸收开关过程中的尖峰，减小emi，保护功率nmos管。隔离式栅极驱动电路b以及隔离电源芯片a可以隔离燃料电池与单片机等在内的控制部分电路。
30.交流扰动由氢燃料电池的输出电压和电阻决定：
31.i＝vstack/r
32.vstack为燃料电池的输出电压，r为r1+r9，i为交流扰动电流。
33.交流扰动电压
△
v为：
[0034][0035]
其中，rs为氢燃料电池的内阻。
[0036]
通过扰动的交流电压对燃料电池的内阻进行分析计算。应当理解的是，本实用新型的交流并不是电流正负变化，而是指电流的电流是变化的。
[0037]
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。