PEM燃料电池助动车控制系统的研究与设计

作     者：欧阳旭 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高仕斌

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：质子交换膜燃料电池 无刷直流电机 PIC18F4520 

摘      要：随着社会的发展,能源消耗不断增加,伴随而来的是能源紧缺和环境污染。世界各国为了解决这一难题,都在努力寻求可替代的清洁能源。氢能的利用有助于解决全球能源紧缺和环境污染问题,因此推进氢能的开发利用,并使之逐渐替代石油是世界各国提出的解决方案之一。氢气的制备,不仅可以通过化石能源,还可以利用太阳能、风能、潮汐能等可其他可再生能源。质子交换膜燃料电池作为把氢能转化为电能的理想装置,因其具有运行温度低,电流密度大,无环境污染,启动速度快等特点而受到广泛关注,被认为是传统电池的理想替代品,特别适合作为新一代新能源车的动力源或便携式电源。目前,在中国还有大量的蓄电池助动车、燃气助动车。蓄电池助动车每骑行一定距离后,就必须对蓄电池进行充电;燃气助动车在骑行过程中会消耗化石能源,同时排放的尾气会对环境造成污染。若使用质子交换膜燃料电池作为助动车的动力源,不但不需要对其进行充电,而且无尾气排放,不会对环境造成污染。因此本文研发了质子交换膜燃料电池助动车控制系统。 本文首先介绍了燃料电池的发展历史、国内外研究现状和应用前景。然后介绍了燃料电池的基本原理和分类,重点阐述了质子交换膜燃料电池的基本结构、工作原理和电特性。然后介绍了对质子交换膜燃料电池性能影响较大的几个因素,包括反应气体供给方式和尾气排放时间。本文中采用空气作为反应的氧化剂,直接由风扇将空气压缩入燃料电池的气体通道;由金属氢化物储氢瓶向燃料电池提供氢气;通过调节燃料电池阴极侧风扇的转速来调节燃料电池电堆的工作温度和反应气体浓度。其次,本文阐述了无刷直流电机的基本结构、工作原理和运行特性,推导了其数学模型,详细介绍了无刷直流电机的PWM控制原理。研究了质子交换膜燃料电池助动车控制系统的设计方案。研发出基于PIC18F4520的质子交换膜燃料电池助动车控制器。完成了助动车的1：1助力,堵转保护,柔性刹车,助动车的启动和调速,过流保护,限流保护,过压保护,欠压保护,实时显示燃料电池电压、电流、金属氢化物氢气瓶剩余氢气量等功能。最后,经过反复实验,进一步完善并优化了质子交换膜燃料电池助动车的各项性能,确保其安全稳定运行。