燃料電池助動車控制系統(tǒng)的研究與設計.pdf

1、石油資源的短缺和環(huán)境污染是當前世界各國所面臨的兩大突出問題，為了解決這兩個問題，人們一直在努力尋找可代替能源。燃料電池因為其無污染、轉換效率高、燃料獲取方便等特點，越來越受到各國政府和各大公司的青睞。質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）除了具有燃料電池的一般特點之外，同時還具有可在室溫快速啟動、無腐蝕性、比功率高等突出優(yōu)點，在眾多領域中，尤其是在電動車領域中得到了大量的應用。助動車在

2、我國有著巨大的市場，但燃氣助動車污染大、電動助動車充電時間長。為了克服這兩個缺點，本文就PEMFC在助動車上的應用進行了研究嘗試，對燃料電池助動車控制系統(tǒng)進行了研究與設計。 燃料電池助動車控制系統(tǒng)分為兩個模塊：燃料電池控制模塊和無刷直流電機電機控制模塊，本文對這兩個模塊分別進行控制方法的研究和設計。 本文通過對燃料電池基本知識的介紹，闡述了燃料電池的工作原理、種類和特性。對燃料電池的發(fā)展歷史、國內(nèi)外燃料電池商業(yè)化研發(fā)和應

3、用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了闡述。在對PEMFC原理、特點進行分析和對PEMFC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實際影響因素進行分析的基礎上，提出了燃料電池電堆控制模塊設計方案。影響燃料電池放電特性的因素主要有反應氣體的供應、電堆的溫度、電堆的濕度、反應尾氣的排放速度等。本文設計中采用空氣為氧化劑直流調(diào)節(jié)風扇來控制空氣流速；供氫通過兩級減壓閥并限定氫氣流量由限流閥固定在最大值；通過調(diào)節(jié)電堆散熱風扇的轉速來調(diào)節(jié)電堆的工作溫度；濕度和尾氣排放通過定時增濕和定時

4、排氣的方法使電堆工作在良好的工況。 本文闡述了無刷直流電機的結構和原理，推導出了其數(shù)學模型、運行特性及傳遞函數(shù)，詳細介紹了無刷直流電機PWM控制原理及特點。提出了無刷直流電機控制模塊設計方案。電機控制模塊由轉子位置檢測單元、換相控制單元、雙閉環(huán)調(diào)節(jié)單元、PWM波生成單元等部分組成。本文設計與實現(xiàn)了基于DSP的轉速和電流雙閉環(huán)無刷直流電機控制。電流控制采用PI調(diào)節(jié)器，轉速控制采用PID調(diào)節(jié)器，通過PWM方式實現(xiàn)對電機的控制。