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燃料电池监控系统的构建与控制算法研究

作　者: 林焕新
导　师: 胡跃明
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 质子交换膜燃料电池监控系统氢气尾气测量冷却系统控制
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以华南理工大学设计建造的质子交换膜燃料电池示范电站为基础,研究大功率燃料电池电堆的监控系统设计,并在此基础上研究了电堆冷却系统的控制算法。监控系统采用嵌入式方案,分布式结构,并使用成熟可靠的CAN总线进行通讯。文章首先介绍了燃料电池的发电原理和基本特点,结合电池的特点,总体上介绍了系统监控方案的设计,并进一步详述了各个主要模块的软硬件设计,包括系统选型和软硬件设计,同时提出了应用双导探针测量气泡的方式来检测氢气尾气的方法,以衡量电池效率。最后,针对影响系统性能的关键因素的冷却系统,提出了分段控制算法和自适应模糊控制算法。本文的工作内容和研究成果主要为:针对大功率质子交换膜燃料电池的特点,研究了电池的监控系统的构建,包括空气供给与增湿模块、氢气供给模块、冷却水模块、电压电流检测模块、主控器模块、CAN总线、就地操作模块、PC端监控软件这8个模块。通过对这8个模块的设计分析,提出了控制要求,设计了相应的控制方案,并详述了具体的软硬件实现。提出了氢气尾气测量的新方法,采用双导探针法测量气泡的方式,可克服在少量氢气排放的情况下,无法采用传统的气体流量计测量的难点。通过对氢气尾气排放量的准确测量,可分析电池堆的反应情况,及时调整氢气的用量,提高系统的效率。在控制算法上,对冷却系统的控制算法进行了深入的研究,针对冷却系统的循环水和冷却水的强耦合情况,提高了分段控制的方式,确保电池电堆始终处于安全高效的工作状态下。进一步的,提出了自适应模糊控制的方式,采用模糊控制的方式,规避了系统解耦和建模的难题,而自适应部分的加入,可提高系统控制精度。

燃料电池监控系统的构建与控制算法研究

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