質(zhì)子交換膜燃料電池測控系統(tǒng)研究.pdf

1、作為人類社會賴以生存的三大資源，能源、物質(zhì)和信息總是在互洽中共同演進。其間，能源與動力系統(tǒng)的先發(fā)性變革，往往會帶來物質(zhì)的制造、轉(zhuǎn)化、運輸和信息的獲取、處理、傳輸?shù)闹卮蟾镄隆Ｊ澜绨l(fā)展歷史表明，唯有引領(lǐng)世界能源技術(shù)創(chuàng)新，才可能實現(xiàn)大國崛起，因此能源發(fā)展是一個不可小覷的國家性問題。作為清潔能源的質(zhì)子交換膜燃料電池，由于其優(yōu)點頗多，目前已成為動力電源、備用電源及儲能充電等領(lǐng)域備受青睞的產(chǎn)品。但質(zhì)子交換膜燃料電池因其是一個多輸入多輸出、具有時變特

2、性、分布參數(shù)特性、隨機干擾的多耦合的復(fù)雜電化學(xué)裝置，因此對其進行檢測和控制具有一定的復(fù)雜性。故十分有必要對其測控系統(tǒng)進行深入的研究，以期提高電池性能，加快其商業(yè)化進程，從而更好助力人類社會的發(fā)展。
　　本文首先對質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理進行簡要闡述，然后圍繞燃料電池溫度、氣體壓力還有模塊特性這三方面進行詳細介紹，分別分析了其對燃料電池性能影響的重要性，最后對燃料電池各子系統(tǒng)，即溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、燃料及其循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑及其循環(huán)系統(tǒng)、

3、控制及檢測系統(tǒng)進行概述，分別討論了其在燃料電池大系統(tǒng)中的作用，同時為本文后面燃料電池溫度實驗系統(tǒng)搭建、溫度控制策略研究、單片電池電壓巡回檢測做好鋪墊。
　　溫度作為影響燃料電池輸出性能的一個重要因素，如不對其進行良好的控制，則會造成電解質(zhì)膜的脫水、收縮甚至破裂，同時還會造成燃料電池“水淹”，嚴重影響燃料電池的性能和系統(tǒng)的安全。因此本文設(shè)計質(zhì)子交換膜燃料電池溫度特性實驗來對其進行具體分析。該實驗可以測得不同負載電壓下，燃料電池單電池

4、溫度與電流密度的關(guān)系曲線，通過對實驗所得曲線進行詳細討論、分析，得出不同負載電壓下的最佳工作溫度等結(jié)論?？蔀槿剂想姵乜刂谱罴演敵鎏峁┮罁?jù)，同時實驗所獲得的曲線、數(shù)據(jù)可以為燃料電池溫度控制建模提供良好的數(shù)據(jù)支持。
　　建立了可應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池溫度控制的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停ㄟ^模型核函數(shù)的改變與對比，得出基于傅里葉擬合的經(jīng)驗?zāi)Ｐ妥罴选＿\用MATLAB/Simulink仿真平臺對所搭建的模型進行仿真實驗，通過改變擬合階次，得出3次擬合模型

5、能同時兼顧響應(yīng)速度與控制精度的要求。最后通過仿真所得的大量數(shù)據(jù)，得到質(zhì)子交換膜燃料電池最佳工作溫度-功率密度曲線，可以為后續(xù)電池堆或大電池系統(tǒng)的溫度控制和最大輸出功率點跟蹤提供理論指導(dǎo)。
　　設(shè)計開發(fā)出用于質(zhì)子交換膜燃料電池的單片電池電壓巡檢系統(tǒng)，分別從硬件、軟件部分對該系統(tǒng)進行詳細闡述。同時對一個有15片單電池組成的電池組來進行試驗，用巡檢系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)與FLUKE87型高精度數(shù)字電壓表進行對比，驗證了該系統(tǒng)的有效性與可操作性，