基于电化学阻抗谱的电池荷电状态估计

提出一种基于电化学阻抗谱(EIS)的电池荷电状态(SOC)估计方法。通过对磷酸铁锂电池在不同SOC以及不同温度下的EIS进行测量,利用高、中、低频全频带信息,从幅值和相位两个角度归纳总结了电池EIS的变化特性。结果表明,特定频率下的电池阻抗相位在温度一定时与电池SOC有较强的线性关系,可作为SOC估计的参数。建立了基于EIS的电池SOC估计算法,初步验证了利用EIS估算电池SOC的可行性。     

基于小波变换的电池阻抗测量及分析

对电池的负载电流和响应电压信号进行小波变换,提出不需要从外部对电池进行特定激励,而是直接利用电池电路开关瞬间的放电电流和电压信号,运用小波变换的方法直接得到电池的阻抗信息的思路。在此基础上,对比分析了基于小波变换得到的电池交流阻抗谱和基于电化学工作站所测量的电化学阻抗谱。通过改变温度和电池荷电状态,研究了两种方法所测量阻抗的异同,并对差异来源进行了分析,为车用锂离子电池阻抗信息的在线测量提供了基础。     

基于快速EIS方法和PEMFC模型的故障分类研究

建立了半机理半经验的PEMFC动态模型,可使用模型仿真燃料电池的膜干和水淹故障.进一步地,通过对模型施加合成正弦扰动信号,应用全相位FFT的方法识别并区分了两种故障.在研究过程中,对比了基于最小二乘法和全相位FFT快速EIS方法的仿真结果,证实了快速方法的可行性.另外,通过对比在模型的快速EIS方法和实验的方法下得到的正常和两种不同故障下的Nyquist图和Bode图,验证了基于模型仿真和快速EIS方法的仿真结果的正确性.从而初步达到了故障识别和分类的目的,为基于模型的诊断方法提供了一定的借鉴.     

基于温度条件下PEM燃料电池的动态特性

目的研究温度变化对PEM燃料电池动态特性的影响,分别比较不同加湿温度和电池温度下PEM燃料电池的动态特性,找到最佳加湿温度和电池温度.方法通过测试PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗,采用等效电路法研究燃料电池中的欧姆阻抗和法拉第阻抗,分析电池温度和加湿温度对燃料电池的伏安特性,欧姆阻抗和法拉第阻抗的影响.结果实验得出电池温度和加湿温度不同对PEM燃料电池的影响不同;不同的电池温度和加湿温度对电池的电阻变化影响不同.结论当加湿温度低于电池温度10K时,电池性能最好,欧姆阻抗和法拉第阻抗最低;因此实验结果对PEM燃料电池性能的优化具有重要意义.     

用EIS研究PEMFC膜电极的运行条件对其性能的影响

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，采用电化学阻抗谱（EIS）研究了膜电极（MEA）的一些运行条件对其工作性能的影响，并探讨了其作用机理．通过测量数据的解析和等效电路的数学模拟，得到了与MEA结构关联的电极诸参数随电池温度和反应气体压力的变化规律．研究表明，MEA的氧电极的电化学反应电阻随电池温度的升高显著减小，氧电极的双电层电容随电池温度的升高有所增加，表明电极有效面积得以增加，有利于MEA工作性能的提高．     

频率估计的多段差频正弦信号加权融合算法

针对多段差频正弦信号,提出一种基于加权融合的频率估计算法,用以提高低信噪比条件下短时正弦信号的频率估计精度,扩展多段信号融合法的适用范围。为消除各段信号频率不等对频谱分析的影响,根据各段信号间频率差生成差频修正矩阵,对多段差频正弦信号频谱进行同频化处理;为消除各段信号相位不连续对频谱分析的影响,构造具有相位连续特性和降噪特性的加权因子,对同频化的多段差频正弦信号频谱进行加权融合,得到最优加权融合频谱;最后,谱峰搜索最优加权融合频谱,实现高精度频率估计.仿真实验表明,与现有算法相比本文算法估计精度高、抗噪性好、普适性好,特别在低信噪比、短时时宽下性能优良.     

正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频技术实验研究

为了提高激光器的频率稳定度,设计了基于正交解调原理的Pound-Drever-Hall(PDH)稳频系统。该系统采用直接数字频率合成器同步产生三路同频正弦和余弦信号,其中一路正弦信号用作电光相位调制器的驱动信号,另两路正弦和余弦信号同时用作相位解调的参考信号。解调所得PDH稳频系统的误差信号用于反馈调节激光器腔长,使得激光器频率自动稳定到Fabry-Perot(F-P)参考腔的谐振频率上。建立了正交解调PDH稳频实验系统,实验结果表明,在1.5 h稳频时间内,激光器的频率漂移不超过±0.13 MHz,根据Allan方差计算得到其频率稳定度优于1.2×10^-11。这种稳频激光器可用作合成波绝对距离干涉测量系统的理想光源。     

燃料中CO_2杂质对高温质子交换膜燃料电池性能的影响

目的研究燃料中添加不同浓度的CO2对高温质子交换膜(HT-PEM)燃料电池性能的影响.方法运用燃料电池测试系统对HT-PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗特性进行测试,并采用等效电路分析获得了HT-PEM燃料电池的等效元件,分析了重整燃料H2中CO2含量对HT-PEM燃料电池伏安特性和交流阻抗特性的影响.结果氢燃料中的CO2对HT-PEM燃料电池有一定的毒化作用,主要体现在CO2吸附在催化剂表面,形成了Pt-CO键,降低了电池的开路电压,导致浓差极化加剧.如果通入纯氢气燃料,电池性能可恢复至95.3%水平.结论提高燃料中CO2的含量,燃料电池的法拉第阻抗增大,电池的性能降低;随着温度的升高,电池系统对CO2的容忍度降低;CO2对电池性能的影响可以得到恢复.     

非正弦周期信号电压有效值测量探究

本文介绍了表达波形特征的两个不常见参数即波形因数和波峰因数；举例说明了当用指针晶体管毫伏表和数字万用表准确测量非正弦周期信号电压有效值时，应该用关系式μx=0.9kxFa加以修正。     

振幅调制-非线性调频信号测量声场的脉冲响应

提出采用振幅调制-非线性调频（AM-NLFM）信号测量声场的脉冲响应，AM—NLFM信号基于相位驻留原理的调制方法．该信号在测量声场脉冲响应时，具有良好的抗系统非线性失真和时变影响的能力，可以降低非周期傅里叶变换时的频谱泄漏，且可以根据任意频谱调制而能保持很低的波峰因数．实测表明该信号可以有效提高脉冲响应测量的速度与精度．该信号也可用于电声系统传递函数的测量中．     

阴极低铂载量催化剂直接甲醇燃料电池的交流阻抗谱

为了降低直接甲醇燃料电池(DM FC)的成本,研究了阴极低铂载量催化剂的DM FC的交流阻抗谱(E IS)。利用等效电路,考察温度、空气体积流量对DM FC单电池的反应动力学、传质以及欧姆阻抗等电极过程的影响。实验表明:膜阻抗、常相位角元件的电容、电荷转移电阻、以及甲醇氧化弛豫过程相关的低频电感和电阻随着工作温度的升高而呈规律性的变化;空气流量则对电荷转移电阻和低频电感的影响较为显著。     

基于均匀相位采样提高阻抗谱测量精度的研究

周期性信号采样中,等效采样利用较低采样频率的A/D转换实现高频周期信号的采集,一定程度上弥补欠采样测量精度低的缺陷。本文提出一种基于等效采样思想的均匀相位采样的阻抗谱测量方法,有效地提高高频测量中阻抗谱测量精度与稳定性。在利用单片机共时钟基准的DAC与ADC模块,在完成激励信号产生、输入输出信号同步采集的基础上,合理设计激励信号频率、采集频率与信号重构方法,实现高频信号单周期内均匀相位分布的等效高频采样,同时为克服常规A/D转换速度条件下难以准确实现高频阻抗谱测量的问题提供了新思路。从误差假设与拟合算法的角度,理论上分析证明了该方法降低误差的原因;并通过两种等效电路模型的阻抗谱测量对比实验,表明该方法在所设计的20k-100kHz高频段上,阻抗测量精度与稳定性得到了显著的提高。     

基于PSO优化算法的模糊PID励磁控制器设计

针对优化发电机励磁控制器控制问题,研究模糊理论及人工智能控制方法,建立数学模型分析励磁控制器,找到将粒子群算法与模糊PID相整合的励磁控制途径,并设计了适用于低压水轮发电机的励磁控制器.粒子群优化算法优化控制系统的初始参数,模糊PID完成对系统的动态控制.仿真结果表明,改进的控制器算法相比传统PID控制和模糊控制PID,响应速度较快(上升时间少于1s),超调量小(超调量少于5%).能够满足控制器快速、准确和稳定的要求,是一种先进的控制方法.     

燃料电池内阻在线测试系统研究

内阻是反应燃料电池性能的重要指标,设计燃料电池内阻在线测试系统具有重要意义.但燃料电池内阻具有明显的非线性和时变特性,一般难以精确测量.为了解决这个问题,本文在对燃料电池内阻进行分析的基础上,结合电化学阻抗谱测试思想,提出了一种改进的燃料电池欧姆内阻在线测试法--交流变频调幅测量法,并基于高性能数字信号处理器设计了测试系统硬件电路和软件,得到了较好的测量效果.     

Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池的性能

以掺杂石墨粉的中间相碳微球(MCMB/G)烧结管为阴极支撑体,采用浸涂工艺分别制备了扩散层和催化层,通过在其外表面包裹Nafion 117膜制得管状异型阴极并组装成异型直接乙醇燃料电池,采用水热乙二醇制备了适用于直接乙醇燃料电池的阳极电催化剂,并通过XRD,TEM和EDS等技术对其进行了表征.采用线性循环伏安曲线、交流阻抗等测试手段,对Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池进行了性能测试,并考察了温度、氧气流量等对电池极化性能的影响.结果表明:异型电池阻抗大于传统的平板电池,但其活化后电池阻抗明显下降;较高的氧气流量和较高的工作温度有利于提高电池性能;60℃条件下,Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池功率密度达到8.5 mW·cm-2.     

电源分配网络阻抗分析及去耦电容优化

高速印制板电源分配网络（power delivery networks,PDN）受电电源端口具有瞬时电流大、目标阻抗小的特点。针对任意形状电源板的阻抗问题,提出一种基于解析式与有限差分法的互补模型,并在此基础上结合粒子群算法实现多个受电电源端口的阻抗优化。通过 Matlab 仿真,发现互补模型的结果与全波有限元法的基本吻合,计算时间则大幅缩短。测量结果表明,优化后实验板的多个受电电源端口阻抗均满足各自的目标值要求。     

多变量频域极大似然辨识算法研究

提出了多变量频域极大似然辨识算法.在单变量频域极大似然辨识算法的基础之上,得出多变量系统的频域极大似然辨识算法,并且优化设计多正弦辨识输入信号.针对大型挠性结构的模型进行了仿真,验证了算法的有效性,同时仿真结果表明:对于挠性结构,多变量频域极大似然辨识算法是有效的,而且能够在较大的频宽、较低信噪比的情况下得到良好的辨识结果.     

螺杆集成方式对燃料电池电化学性能的影响

以15片单体电池组成燃料电池电堆为研究对象,进行电化学性能、交流阻抗与内部接触压力分布的试验测试.系统全面地研究了螺杆集成方式燃料电池电堆电化学性能的影响,深入剖析集成力大小和加载方式对燃料电池电堆内欧姆交流阻抗和内部接触压力分布的作用机制,螺杆集成方式不利于电堆电化学性能的高功率输出.得出电堆内压力分布均匀性和燃料电池电化学性能的提高不应仅局限于集成力大小,更重要的是均匀的集成力加载方式,以及配合端板结构进行优化和匹配.     

基于WPD-PSO算法的整流电路故障诊断

针对电力电子电路故障类型多、诊断正确率低的问题，提出基于小波包分解和粒子群算法优化概率神经网络的方法。建立三相桥式全控整流电路仿真模型，利用小波包分解技术对故障电压信号进行三层小波包分解与重构，提取特征值，并对数据进行归一化处理；用粒子群算法优化概率神经网络寻找合适的平滑因子，对数据进行训练和诊断；将该方法与未优化的概率神经网络作对比。仿真结果表明，该方法在训练效果和诊断正确率上都要优于未优化的概率神经网络。