PEMFC控制系统的研究与设计

在如今社会,伴随着生产力水平的提高,社会经济的飞跃式发展,环境污染和能源危机已然成为制约经济发展的一个非常严峻的问题。如今,在政府提出的新旧动能转换政策的号召下,寻找新的,可持续发展的能源是一项迫在眉睫的重要任务。PEMFC(质子交换膜燃料电池)是新世纪非常有发展前景的一个新能源,它的工作原理比较简单,容易操作,在催化剂的催化作用下,阳极的氢气和阴极的氧化剂发生反应,同时释放大量的热量并产生电能,反应产物为水。与化石燃料相比,PEMFC对环境的污染很小,具有清洁高效的特点,并且,可以做到循环利用,对节约能源发挥着很重要的作用。除此之外,PEMFC的启动速度快,效率很高,可以反复开关而且产生噪音很小。本课题研究设计了质子交换膜燃料电池系统的控制方案,为了使PEMFC发挥出最高的效率,良好的水热管理与精确的软件控制必不可少。本文全面的介绍了燃料电池系统的构成原理以及水热管理,并介绍了燃料电池控制系统的设计方案。其主要工作如下:(1)对燃料电池的原理、基本特性做了阐述,并介绍了燃料电池在国内外的研究现状。(2)设计了一个1kW的PEMFC控制系统的硬件电路,燃料电池的控制系统的核心是STM32F103,并对燃料电池的电压,电流,温度进行数据采集以及分析。(3)完成了对质子交换膜燃料电池系统的设计,搭建了一个以STM32F103微处理器为核心的硬件电路,并采集燃料电池的温度、电流、电压和氢气压力等参数并对这些参数进行分析。(4)PEMFC系统的温度控制采用的是用模糊PID控制算法,绘制出可以使燃料电池达到最高的发电效率的电流-温度曲线;同时通过合适的器件选择与软件控制,使燃料电池的控制更加的智能化。当系统出现故障的时候,发出警报保护系统,使用者根据发出的警报采取合适措施,让系统免于危害。(5)通过实验测试,该系统处于一个比较稳定的运行状态下,并且实现了对PEMFC预期的控制效果。