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储能科学与技术 2018年第1期7卷 123-127页

作者：朱晓舟陈民武刘湘东赵航飞韩明西南交通大学电气工程学院四川成都610031 淡马锡理工学院清洁能源研究中心新加坡529757

本文设计了一套基于数据采集硬件模块和LabVIEW软件模块的质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池电压巡检系统。该系统实现了对单电池电压数据的实时检测、显示及存储,准确度高,抗干扰能力强,有效保障了PEMFC电堆的稳定运行。以实验室自制的... 详细信息

本文设计了一套基于数据采集硬件模块和LabVIEW软件模块的质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池电压巡检系统。该系统实现了对单电池电压数据的实时检测、显示及存储,准确度高,抗干扰能力强,有效保障了PEMFC电堆的稳定运行。以实验室自制的阴极开放式PEMFC为实验平台,证明了本系统良好的测试精度与稳定性。

关键词：质子交换膜燃料电池(PEMFC) 单电池电压巡检系统数据采集 LabVIEW

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自增湿阴极开放式PEMFC控制系统设计及实验研究

自增湿阴极开放式PEMFC控制系统设计及实验研究

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作者：朱晓舟西南交通大学

学位级别：硕士

能源危机和环境问题是21世纪人类面临的两大全球性难题,燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置,越来越多地受到各国政府和科研机构的重视。在众多类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)... 详细信息

能源危机和环境问题是21世纪人类面临的两大全球性难题,燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置,越来越多地受到各国政府和科研机构的重视。在众多类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)因其工作温度低、能量转换效率高和易于操作等优点,越来越多的被应用于交通、军事、航天及便携式移动电源等领域。本文设计并实现了基于混合信号微控制器的自增湿阴极开放式PEMFC控制系统,详细阐述了系统硬件及软件设计过程。系统从电池阳极排气装置和阴极散热风扇入手,实现了阳极手动排气、周期排气、安时积分排气以及电堆工作温度控制等多种功能,并最大限度保证了PEMFC系统运行参数的可调性,对维护PEMFC内部良好水热平衡状态具有重要意义。此外,还设计并实现了基于数据采集硬件模块和LabVIEW软件的PEMFC电堆单电池电压巡检系统,实现了对单电池电压数据的实时检测、显示及存储。系统实时性强,准确度高,可保障PEMFC电堆的安全稳定运行。利用自主设计的PEMFC控制系统及单电池电压巡检系统,针对实验室自制的自增湿阴极开放式PEMFC电堆开展了一系列实验研究。阳极安时积分排气和周期排气实验表明,使用安时积分排气的电堆可实时跟踪负载电流的变化以改变其排气频率,相较于周期排气,安时积分排气在保证电堆良好输出的同时降低了氢气消耗达30%,大幅提高了PEMFC系统运行经济性。电堆温控实验表明,温度控制能显著改善PEMFC电堆输出的稳定性。单电池电压巡检实验表明,排气周期的选择及负载大小对PEMFC电堆单电池电压的均衡性有显著影响。以上实验研究验证了所设计的控制系统及巡检系统的有效性和稳定性。基于电化学基本理论,建立了以负载电流、工作温度为输入,电压为输出的PEMFC电堆动态仿真模型。通过实验验证了仿真结果较高的准确度,表明所建模型能准确描述自增湿阴极开放式PEMFC电堆的动态响应和输出特性,可为自增湿阴极开放式PEMFC控制系统的优化设计提供指导。

关键词：质子交换膜燃料电池控制系统单电池电压巡检系统排气控制安时积分温度控制建模与仿真

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质子交换膜燃料电池测控系统研究

质子交换膜燃料电池测控系统研究

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作者：高一方西南交通大学

学位级别：硕士

作为人类社会赖以生存的三大资源,能源、物质和信息总是在互洽中共同演进。其间,能源与动力系统的先发性变革,往往会带来物质的制造、转化、运输和信息的获取、处理、传输的重大革新。世界发展历史表明,唯有引领世界能源技术创新,才可... 详细信息

作为人类社会赖以生存的三大资源,能源、物质和信息总是在互洽中共同演进。其间,能源与动力系统的先发性变革,往往会带来物质的制造、转化、运输和信息的获取、处理、传输的重大革新。世界发展历史表明,唯有引领世界能源技术创新,才可能实现大国崛起,因此能源发展是一个不可小觑的国家性问题。作为清洁能源的质子交换膜燃料电池,由于其优点颇多,目前已成为动力电源、备用电源及储能充电等领域备受青睐的产品。但质子交换膜燃料电池因其是一个多输入多输出、具有时变特性、分布参数特性、随机干扰的多耦合的复杂电化学装置,因此对其进行检测和控制具有一定的复杂性。故十分有必要对其测控系统进行深入的研究,以期提高电池性能,加快其商业化进程,从而更好助力人类社会的发展。本文首先对质子交换膜燃料电池工作原理进行简要阐述,然后围绕燃料电池温度、气体压力还有模块特性这三方面进行详细介绍,分别分析了其对燃料电池性能影响的重要性,最后对燃料电池各子系统,即温度调节系统、燃料及其循环系统、氧化剂及其循环系统、控制及检测系统进行概述,分别讨论了其在燃料电池大系统中的作用,同时为本文后面燃料电池温度实验系统搭建、温度控制策略研究、单片电池电压巡回检测做好铺垫。温度作为影响燃料电池输出性能的一个重要因素,如不对其进行良好的控制,则会造成电解质膜的脱水、收缩甚至破裂,同时还会造成燃料电池"水淹",严重影响燃料电池的性能和系统的安全。因此本文设计质子交换膜燃料电池温度特性实验来对其进行具体分析。该实验可以测得不同负载电压下,燃料电池单电池温度与电流密度的关系曲线,通过对实验所得曲线进行详细讨论、分析,得出不同负载电压下的最佳工作温度等结论。可为燃料电池控制最佳输出提供依据,同时实验所获得的曲线、数据可以为燃料电池温度控制建模提供良好的数据支持。建立了可应用于质子交换膜燃料电池温度控制的经验模型,通过模型核函数的改变与对比,得出基于傅里叶拟合的经验模型最佳。运用MATLAB/Simulink仿真平台对所搭建的模型进行仿真实验,通过改变拟合阶次,得出3次拟合模型能同时兼顾响应速度与控制精度的要求。最后通过仿真所得的大量数据,得到质子交换膜燃料电池最佳工作温度-功率密度曲线,可以为后续电池堆或大电池系统的温度控制和最大输出功率点跟踪提供理论指导。设计开发出用于质子交换膜燃料电池的单片电池电压巡检系统,分别从硬件、软件部分对该系统进行详细阐述。同时对一个有15片单电池组成的电池组来进行试验,用巡检系统测得的数据与FLUKE 87型高精度数字电压表进行对比,验证了该系统的有效性与可操作性,证明该系统的实用价值,可为燃料电池稳定工作提供重要参考。

关键词：质子交换膜燃料电池温度特性控制策略经验模型与仿真电压检测单电池电压巡检系统

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