毕业设计（论文）-小功率燃料电池的逆变电源设计.doc

本科生毕业论文(设计)小功率燃料电池的逆变电源设计 院 系电气信息工程学院 专 业电气工程及其自动化 班 级03级电气本科（1）班 学 号 学 生 姓 名 联 系 方 式 指 导 教 师 职称：讲师2007年 5 月 独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。签名： 年 月 日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：无签名： 年 月 日指导教师签名： 年月摘 要燃料电池主要是提供直流电，在实际应用中需要把燃料电池输出的直流电压通过变流装置转换成220v工频交流电压。在主电路中有升压斩波电路，逆变电路，交交变频电路。通过合理组合搭配这些基本电路，来达到将直流电转化为工频交流电。采用双极性pwm脉冲信号控制电路来控制电路中开关管的关断，采用sg3525a芯片使控制电路的结构简单。关键字：燃料电池；功率场效应管；逆变电源absteactthe main use of fuel cells is to provide dc. in practical application, dc voltage which is produced by fuel cells needs to be converted into220v ac voltage through converter. in the main circuit, there are boost chopper circuits, the inverter circuits, cycloconverter circuits. through assembling and grouping these basic circuits reasonably, dc can be converted into ac, and using bipolar pwm pulse signal control circuit to control the switch in the circuit. sg3525a chips simplify the structure that control circuit.keywords ：fuel cell ；power mosfet；power inverter 目 录1引言12 逆变电源的电路结构22.1逆变电源的斩波52.2逆变电源的逆变部分62.3逆变电源的交交变频部分92.4对本设计的结论113 对燃料电池未来使用的展望12参考文献14致 谢15 17小功率燃料电池的逆变电源设计1引言燃料电池（fuel cell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂的化学能连续不断地转化为电能的装置。燃料电池的活性物质储存在电池之外，只要不断的供给燃料和氧化剂就能一直发电，因而容量是无限的。燃料电池是一个复杂的系统由燃料和氧化剂供给系统、水管理系统、热管理系统、以及近控制系统等几个子系统组成。早在1839年英国的法官兼科学家格罗夫爵士（w.r.grove）就报道了第一个燃料电池装置，由于电极所使用的铂很难获得再加上获得的电能很小，格罗夫的气体伏打电池没有得到实际应用，同时法拉第完成了伏打电池的相关的工作使得在此后40年里燃料电池的相关工作基本处于停滞状态。 1889年蒙德（l.mond）和他的助手朗格尔发明了第一个可以实际应用的燃料电池原型，使用氢气和氧气可以在电压为0.73v时获得6.5ma/cm2的电流密度。从这以后燃料电池的研究才步入正轨。 燃料电池通常分成：碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池。而在我的电路中主要是使用的质子交换膜燃料电池。 图1-1 v-i曲线 通常质子交换膜 pem（proton exchange membrane）氢燃料电池的输出电压比较低，单体电池的开路电压在1.15v左右，加负载后，下降到 0.6v左右，由 64个单体电池串联的燃料电池组，开路电压约为 74v，工作电压在 40v左右。燃料电池的 v-i曲线如图1-1所示两端较陡，中间段比较平坦，一般工作点设定在中间段。除负载大小对燃料电池的输出电压有影响外，燃料电池中的燃料流量对输出电压也产生影响，减少燃料流量将使v-i特性曲线的中间段变窄。在负载变化较大的场合使用时，通常需要有一组独立的蓄电池和燃料电池并联使用，起缓冲作用。另外，燃料电池对低频（120hz 以下）电流纹波比较敏感，低频电流纹波可能使燃料电池的工作点超越 v-i特性曲线的中间平坦段，进入陡峭区使输出特性变差，而中高频（1khz 以上）电流纹波，对燃料电池的工作点影响不大。燃料电池输出的直流电压经转换和电压提升后, 虽然可直接驱动直流电动机但是在生活中使用交流的用电器远远多于使用直流的电器。虽然直流电动机控制电路简单, 但通常具有体积大、运行成本高的缺点, 交流电动机具有更优良的特性, 将燃料电池输出的直流电压转变成交流电压将更有利于实际使用。2 逆变电源的电路结构主电路采用“直直交交”变换方案如图2-1所示电路主要包含有2部分：主电路和控制电路。主电路主要包含有3部分：第一部分使用斩波电路实现“直直”转换，可以解决解决燃料电池输出特性较软、输出电压偏低的问题。二极管起到电气隔离的作用。通过蓄电池的缓冲使逆变部分的输入电压稳定在48v。第一部分的主要作用就是将燃料电池的直流电压经过提升和稳定后作为第二部分的输入。第二部分为逆变部分，为了进一步提高电源的输出电压，同时减小变压器的体积，减小电流纹波中的低频分量，通过开关元件q21 q24将直流电源转变为1khz的中频方波电压输出。第三部分为交交变频部分，将1khz的中频方波电压转换成50hz的正弦波。 图2-1 主电路图 在控制电路中的开关管使用mosfet。功率场效应管（ mosfet）是一种常用于开关电源的电力电子器件。它由栅极 g、漏极d 和源极 s组成，并且都在芯片的一边，导电沟道平行于芯片表面，是水平导电器件，因此，它的容量一般较小，mosfet中只有一种载流子，它是一种单极型电力电子器件，在关断过程中不存在两种载流子的复合，所以其开关频率很高，达到500khz 以上。功率场效应管是电压型控制器件，其输入阻抗较大，所需要的驱动功率较小，控制性能较好此外，该器件的电流具有负的温度系数，自调节性能好，不易产生局部过热，因而不易发生二次击穿现象。同时，功率场效应管还有热稳定性好和抗干扰能力强等优点。表2-1为功率晶体管，mosfet和igbt三种电力电子元件性能的比较：表2-1 功率晶体管、mosfet和igbt性能比较器件开关频率电流容量可控性可控性饱和压降安全工作区其它功率晶体管中大难电流型极低小有二次击穿现象mosfet高小易电压型高大无二次击穿现象igbt高大易电压型低大有擎柱电流现象控制电路主要的核心部件为sg3525a芯片。sg3525a芯片各引脚功能如下: 1、2引脚分别为误差放大器的反相输入端和同相输入端；3脚为同步输出端；4振荡器输出；5、6脚分别外接内部振荡器的时基电容和电阻；7脚接放电电阻；8脚为软启动；9脚为误差放大器的频率补偿端；10脚为关断控制端,用于实现限流控制；11、14脚为输出端；l2脚为接地端；l3脚接输出管集电极电源；l5脚接sg3525a的工作电源；l6脚为5.1v基准电压引出端。芯片 +5.1v基准电压精度为 1%，由于基准电压值在误差放大器的输入共模范围内，因此无需外接电阻。sg3525a可以工作在主从模式，也可以与外部时钟同步。通过 ct 与放电端之间的电阻rt可以调节死区时间。sg3525a是一种性能优良、功能齐全、通用性强的单片集成脉宽调制控制器，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大简化了控制电路的设计及调试。sg3525a主要由基准调节器、振荡器、误差放大器、pwm比较器和锁存器、分相器、或非门电路和图腾输出电路等几大部分组成。(1) 基准调节器：基准调节器是输出 5.1v，50ma,有短路保护的电压调整器。它供给所有内部电路,同时又可作为外部基准参考电压。 (2) 振荡器：振荡器产生后沿较陡的锯齿波，改变充电电容的大小即可改变锯齿波的频率，即振荡器的振荡频率。c放电通过外接电阻 r来实现，改变r即可改变c的放电时间常。数,从而也改变了死区时间，而 c的充电是由r规定的内部电流源决定的。脉宽调制集成芯片sg3525a的特点： a)芯片内振荡器工作频率为0 hz - 400 khz，设有引脚3为同步端，为多个sg3525a联用提供方便。b)内置5.1 vt1.0%的基准电压源。c)为了适应驱动快速场效应管的需要，末级采用推拉式工作电路，使开关速度更快，末级输出或吸入电流最大值可达400 ma 。d)内设欠压锁定电路，当输人电压小于8v时，芯片内部锁定，停止工作(基准源及必要电路除外，使其消耗电流将降至小于2 ma )。e)有软启动电路，比较器的反相输人端即软启动控制端芯片的引脚8，可外接软启动电容c。该电容器内部的基准电压由恒流源供电，达到2.5 v的时间为:=(2.5 v/50 pa) c，占空比由小到大(50%)变化。f)内置pwm(脉宽调制)锁存器将比较器送来的置位信号锁存，并将误差放大器上的噪声、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。sg3525a的控制特性：图22 控制特性图当sg3525a调频电阻、调频电容一定时，改变脉冲宽度，就会得到输出脉冲不同的一系列脉冲，得到引脚11,14输出调宽电压与占空比的关系，如图22所示。从图中可以看出，当脉宽为周期的1/2时，输出电压幅值最大。2.1逆变电源的斩波由图11可以看出燃料电池的伏安特性曲线不是一条平直的直线，从而得出燃料电池输出功率通常不具有一个合适的电压，而且电压也不恒定所有电动机的电压随着电流的增加而减小，而且在燃料电池中下降得更快。所以需要斩波电路来对燃料电池的输出电压进行调节，使其保持在一个恒定的电压值，这个值一般可以高于或低于燃料电池的工作电压。一般升压斩波电路对燃料电池的电压提升非常简单而且有效。图2-3所示为升压斩波电路的原理图。分析升压斩波电路的工作原理时，首先假设电路中电感l值很大，电容c值也很大。在q1处于通态期间，电源e向电感l充电，充电电流基本恒定为，同时电容c上的电压向负载r供电，因c值很大，基本保持输出电压为恒值，记为uo。设q1处于通态的时间为，此阶段电感l上积蓄的能量为。图2-3斩波电路当q1处于断态时e和l共同向电容c充电并向负载r提供能量。设q1处于断态的时间为则在此期间电感l释放的能量为当电路工作于稳态时，一个周期t中电感l积蓄的能量与释放的能量相等，即: (21)化简得： (22)升压斩波电路的输出电压高于电源电压。而在本电路中使用蓄电池来代替电容，控制电路和升压斩波电路如图2-4所示。当mosfet导通的时候，电流在燃料电池和电感形成回路，同时对电感充电，从而使电感中的电流得到增强，二极管阻止蓄电池的电流通过开关回流。当mosfet截止的时候，由于电流下降导致电感电压快速的增加，一旦电压增加到电池电压（在二极管上有约0.6v的电压降）之上，二极管就会导通，从而为下一级电路提供电压或者给蓄电池进行充电，只要电感上有能量这个过程就会一直进行下去。然后mosfet再一次导通，电感再次蓄能，由电池为下级供电。短时间内的开关断开可以得到高压。不过由于在电路中各种元件都有能量的损耗，所以输出电压不会完全和公式得出的电压值相同，而是略低于这个值。同时在升压斩波电路主要的能量损失有：a. mosfet的开关损失；b. mosfet和、接通时的功率损失；c. 电感的电阻功率损失；图2-4斩波电路控制及驱动图控制电路需要实现的功能是产生pwm信号，用于控制斩波电路中主功率器件的通断,通过对占空比的调节，达到控制输出电压大小的目的。此外,控制电路还完成一定的保护功能。本装置的控制电路采用控制芯片sg3525a为核心组成，芯片的输入电压工作范围是8v到35v，这里选用了15v。它的振荡频率可在0hz到400khz的范围内调节，本设计中将频率配置为大约18khz，不产生噪音。芯片的ct端和放电端之间(即6脚和7脚之间)串联一个电阻可以在较大范围内调节死区时间。此外，其软起动电路非常容易设计，只需外部接一个软起动电容(即8脚所接电容)即可。此控制电路对于降压和升压斩波电路都具有过流保护功能。在升压斩波电路中，由于主电路和控制电路共地，所以驱动电路不需要采用隔离。在降压斩波电路中则需要在控制电路和主电路之间加隔离。本装置中采用的隔离方法是：先加一级光耦隔离,再加一级推挽电路进行放大。采用的光耦是tlp521-1。而在本设计中的驱动电路中使用一个光电隔离的元件是为了将主电路与控制电路隔离开来，从而达到减小主电路对控制电路的干扰的目地。为得到最佳的波形，在调试的过程中对需要对光耦隔离两端的电阻进行了合理的搭配。2.2逆变电源的逆变部分： 以图2-5来说明逆变电路的在理想状态下的工作原理。图中s1-s4是桥式电路的4个臂，它们由电力电子器件及其辅助电路组成。当开关s1、 s4闭合时，s2、 s3断开时，负载电压为正；当开关s1 、s4断开，s2、 s3闭合时，为负。这样就把直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变交流电的频率。这就是逆变电路最基本的工作有原理。图2-5 理想状态下的原理图当负载为阻感时，的相位滞后于两者的波形也不一样。假设在t1时刻以前s1s4是导通的，s2s3是断开的，且同时为正。在t1时刻断开s1s4，同时闭合s2s3则的极性立刻变成负的。但是由于在负载中有电感的存在，其电流不能立刻改变方向而维持原来的方向，这时候负载的电流相当于从直流电源的负极流出，经过s2，负载，s3流回到直流电源的正极，负载电感中储存的电能向直流电源反馈，负载电流逐渐的减小，到时刻时降为0，之后才反向并逐渐增大。s2、s3断开，s1、s4闭合时电路中电流电压的情况是相似的。图2-6 逆变电路的控制电路图而在本设计中所采用的是mosfet开关管，采用双极性pwm控制方式。控制电路如图2-6所示。驱动电路如图2-7所示。控制电路中sg3525a芯片的11脚和14脚分别接在驱动电路的outa和outb上面。在驱动电路中，使用一个桥式电路。四个三极管分为两组交替导通产生交流信号，通变压器使主电路与控制电路电气隔离。在变压器的二次侧有四个线圈可以得到四个pwm脉冲，其中g-q21，s-q21和g-q24，s-q24两路pwm脉冲与g-q23，s-q23和g-q22，s-q22两路pwm脉冲为频率幅值相同极性相反。通过在电路中接两个15v的稳压二极管，从而在驱动电路的输出端产生15v的正向脉冲和15v的反向脉冲，来控制电路中的mosfet管按照所需要的频率来关断和导通电路从而获得所需要频率的交流电。在驱动电路中电容的作用主要是蓄能。在电路中g-q21接主电路mosfet管q21的g极，s-q21接mosfet管q21的s极；g-q24接mosfet管q24的g极，s-q24接mosfet管q24的s极；g-q22接mosfet管q22的g极，s-q22接mosfet管q22的s极；g-q23接mosfet管q23的g极，s-q23接mosfet管q23的s极。调制信号为正弦波，为载波。在的半个周期内，三角波不再是单极性的，而是有正有负，所得的pwm波也上有正有负。在ur的一个周期内，输出的pwm波只有+和-两种电平。当时，给q21q24以导通信号给q22q23以关断信号。这时如果0，则q21q24导通，如果0，则vd21vd24，不管什么情况下输出电压都是=。当时，给q22q23导通信号，给q21q24关断信号，这个时候如果0则q22q23导通，如果0则vd22vd23导通，不管什么情况都是=-。图2-7 逆变电路的驱动电路逆变电路在主电路中的工作原理如下：逆变桥由两组桥臂组成，分别为q21和q24mosfet模块，q22和q23mosfet模块，两个模块分别同时导通。当pwm1驱动脉冲同时分别加到q21和q24的g极上时，此时两管同时导通电流路径为e (+)q21q24e（-）。当q21和q24开启时前一级斩波电路升压的电压和蓄电池的电压e并联加在变压器t的初级绕组上。电压方向为ab。当q21和q24截止时而q22和q23还没有导通时，反电势经过vd22和vd23把电感线圈储存的能量回传给电池e。同样当驱动脉冲pwm2同时加到q22和q23的g极时，此时q22和q24导通 电流路径为e（+）q23q22e（-），这个时候tab上的电流方向与q21q24导通时方向相反。此时前一级斩波电路升压的电压和蓄电池的电压e并联加到变压器t的初级绕组上，电压方向为ba。当q22和q23截止时，而q21和q24还没来得及导通时，反电势经过vd24和vd21将电感线圈储存的能量回传给电池e。由于q21和q24，q22和q23两组模块的交替工作，在变压器t的次级绕组中就产生了交流电压。2.3逆变电源的交交变频部分： 交交变频电路的工作原理q31q34和q32q33两组桥臂，每个开关管都是由一个mosfet管和一个二极管并联构成。一般它们不会同时导通。在本设计的前一级电路中的变压器的二次侧所获得的交流电为1khz的频率。电路中的负载为阻感性负载用双极性pwm方式对电路的mosfet进行相应的控制从而获得50hz的交流电。根据电流il2 的极性及晶体管导通的情况，对电路的工作过程按以下4个阶段进行分析。阶段1：电流极性为正，中频电源的正半周，电压上正下负。mosfet管q31和q34相对中频电源正半周上升沿，滞后（由脉形成电路控制）角导通，电流上升，到达t/2时间点后，电源电压反向，由于电感的作用，使q31、q34仍然维持导通，电流方向不变，数值开始下降，等效原理图如图2-8(a)所示。电路方程为： （23） (24)其中，为中频方波电压幅值。当输入电压正半周时，负载电流变化为： （25）其中，为从负向正跳变瞬间时电感的电流值。t 的计时起点为跳变点。当变频器输入电压负半周时，负载电流为： （26）其中，为从正向负跳变瞬间时的电感电流值。t 的计时起点也是跳变点。只要在负载电流下降到0之前，q32、q33导通，电流将再次上升，电路进入第2阶段。图2-8 (a) 阶段1图2-8 (b) 阶段2图2-8(c) 阶段3图28（d）阶段4阶段2： 电流极性为正，中频电源的负半周，即电源的下正上负。开始阶段输出电压为负,二极管vd32、vd33相对中频电源负半周下降沿，滞后（由脉冲形成电路控制）角导通。 vd32、vd33导通后，电流由降转升，到达时间点 t 后，电源电压反向，上正下负。由于电感的作用，vd32、vd33 仍然维持导通。这时，电流维持原方向不变，但数值开始下降，等效电路如图2-8(b)所示。阶段3：电流极性为负，中频电源正半周。开始阶段输出电压为正，q32、q33相对中频电源正半周上升沿，滞后（由脉冲形成电路控制）角导通，电流的绝对值上升，到达本周期的t/2点后，电源电压反向。由于电感的作用，q32、q33仍然维持导通，电流维持原方向不变，但数值的绝对值开始下降，且a、b端电压反向，如图2-8(c)所示。阶段4：电流极性为负，中频电源的负半周。开始阶段输出电压为负。二极管vd31、vd34相对中频电源负半周下降沿，滞后（由脉冲形成电路控制）角导通，电流的绝对值由降转升，当到达本周期t点后，电源电压反向。由于电感的作用，vd34、vd31仍然维持导通，这时，电流仍维持原方向不变，但数值的绝对值开始下降，且 a、b 端电压反向，如图2-8(d)所示。对本设计的交交变频部分所采用的pwm控制与逆变部分采用相同的双极性pwm控制方式，只是二者的输出脉冲的频率不一样。在电路中根据公式： （27） 得到50hz时sg3525a和的所接电阻和电容的大小。在控制电路中使用与逆变部分相同的驱动电路。控制电路如图2-9所示。驱动电路如图21-10所示。 驱动电路中的g-q31接mosfet管q31的g极，s-q31接mosfet管q31的s极；g-q34接mosfet管q34的g极，s-q34接mosfet管q34的s极；g-q32接mosfet管q32的g极，s-q32接mosfet管q32的s极；g-q33接mosfet管q33的g极，s-q33接mosfet管q33的s极。在驱动电路中outa和outb分别接控制电路中sg3525a芯片的11脚和14脚。图2-9变频电路的控制电路 图2-10变频电路的驱动电路2.4对本设计的结论：燃料电池逆变器中，采用双极性pwm控制方式双交-交变频电路具有结构合理，工作可靠，性能良好等特点。特别适合将电流源型的直流电压转换成交流电压。整个逆变系统可分成几个相对独立的部分。在电路调整阶段，对各部分的性能参数调整可分别进行。另外，系统中使用的普通蓄电池能对电源起缓冲作用。一方面，为燃料电池系统在冷启动时，提供必要的电能。3 对燃料电池未来使用的展望：作为一种清洁高效而且性能稳定的电源技术，燃料电池已经在航空航天领域以及军事领域得到了成功的应用，现在世界各国正在加速其在民用领域的商业开发。与现有技术相比，燃料电池在电源电力驱动发电等领域内都有明显的优点，具有广泛的应用前景。在未来的若干年里，燃料电池的需求将会突飞猛进。根据业内人士的乐观估计，到2010年将会有上百万的家庭使用燃料电池作为家庭电源，将会有数万辆燃料电池车在道路上行驶。到那时，燃料电池将在全世界约有100亿美元左右的市场规模。从短期来看，燃料电池可能最先在移动电源领域取得商业化的成功。随着各项科技的进步，种类繁多的便携式电子用电设备让人目不暇接，传统电池容量的提高与电子设备节电设计也不能满足人们对于功能强大的电子设备的耗电需求，质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池将会在这一领域大有作为。作为移动电话、个人数字设备（pda）、便携式摄像机、笔记本电脑、电动玩具等的电源、燃料电池将开创一个商业化应用的道路。作为电动汽车的动力电源，是燃料电池最具吸引力的应用方向之一。目前世界各大汽车制造商都先后投入巨资开发燃料电池电动汽车，例如通用，戴姆勒克莱斯勒、本田、丰田等，仅通用汽车一家就在燃料电池电动汽车的研究开发项目上投入了约10亿美元。目前，这些汽车巨头们都相继展出，示范了他们开发的燃料电池，例如通用的hydrogen3、戴姆勒克莱斯勒的f-cell、丰田的fchv4、本田的fcxv3等。虽然汽车生产商的热情很高，希望近几年能让燃料电池汽车进入市场，但目前还没有哪家企业达到商业化程度。目前燃料电池汽车价格高昂，燃料电池发动机价格是汽油发动机价格的10倍左右，不具有与市场竞争优势，更加制约发展的缺乏氢气的制备、储存与运输这些庞杂的基础设施。根据计算，要建立一套每天生产100万桶石油当量氢气制备厂、运输线、加氢站等基础等设施网络，投资就会高达1000亿美元以上，而这个当量仅是目前美国道路能耗的10%。目前只有美国加利福尼亚州计划到2010年建成一个加氢基础设施网络 。受这些条件的制约，多数业内人士认为至少要1520年时间才能使燃料电池电动汽车市场逐渐形成规模。燃料电池是继水电、火电、核电之后的第四代发电技术，与常规发电技术相比，燃料电池具有很多优点：发电效率高，可达到40%60%，热电联合循环效率可达到70%以上；污染小，氮氧化物、硫氧化物排放量很少，二氧化碳的排放量也比火电的少40%60%；噪声小，工厂的规模可大可小，可模块化等。作为集中式发电厂和分部式发电站，目前以磷酸燃料电池技术最为成熟，美国和日本都达到兆瓦级试验电厂阶段，日本千叶县的11mw试验电厂是世界上最大的燃料电池发电厂。磷酸燃料电池电站基本处于前期商业化阶段，仅在日本就有上百套电站系统在运行。缺点是发电成本偏高，目前的价格水平处于15003000$/kw之间，这是影响其广泛应用的一个制约因素之一。从技术上来说，磷酸燃料电池的效率偏低只有40%左右，由于工作温度较低（200左右），废热的利用价值不高，所以现在广泛的认为，处于更高温度工作的熔融碳酸盐燃料电池（mcfc）和固体氧化物燃料电池（sofc）更加适合作为集中式电厂做热电联供发电。fuel-cell energy公司的250kw2mw熔融碳酸盐燃料电池系统以