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质子空冷型质子交换膜燃料电池测控系统

收藏本文 2024-03-25 点赞:5972 浏览:18395 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:质子交换膜燃料电池(PEMFC)是新一代的发电技术,其高效能、低噪音和低污染的优点符合人类对新能源的需求。影响PEMFC稳定运转的因素除燃料电池制造工艺以外,还包括附属的设备和制约系统。本论文根据PEMFC的工作原理和特性,设计了百瓦级PEMFC测控系统,论文内容如下:(1)根据PEMFC测控系统的组成设计了总体案例,包括燃料电池发电系统、数据采集及参数制约系统、实时数据显示系统和故障诊断系统四部分;根据大量的实验数据进行数据拟合得出电堆的最佳工作温度计算公式和尾气排放时间计算公式。(2)根据电堆的能量守恒定律和电化学原理利用Simupnk搭建电堆的温度模型,设计了积分分离PID温度制约器,仿真结果表明电堆温度在制约器的作用下实现了快速响应并稳定在最佳工作点附近。(3)完成了以TMS320F2812为主控芯片的下位机硬件设计,包括主控器模块、电源模块、数据采集模块、执行机构模块和通讯模块等。然后根据硬件设计需求编写了测控系统软件,主要包括电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、温度PID制约模块和通讯模块,定义了串口通讯协议。由硬件电路调试和软件测试表明本系统的软硬件设计符合要求。(4)设计了基于LabVEW的上位机系统,主要包括基于VISA的串口通信模块、界面显示模块和故障诊断模块。其中故障诊断模块基于故障树浅析法,构建了百瓦级PEMFC的故障树模型并设计了故障推理流程。实验表明测控系统运转稳定,能够使电堆温度快速达到并稳定在最佳工作温度点附近,电堆性能达到预期目标;当电堆发电效率下降时可以快速准确的诊断故障理由,提升测控系统的安全性能,验证了整个系统设计的合理性。关键词:质子交换膜燃料电池论文系统设计论文温度制约器论文故障诊断论文

    摘要3-4

    Abstract4-9

    1 绪论9-17

    1.1 探讨背景与作用9

    1.2 质子交换膜燃料电池介绍9-13

    1.2.1 PEMFC基本结构9-10

    1.2.2 质子交换膜燃料电池工作原理10-11

    1.2.3 操作条件对质子交换膜燃料电池的性能的影响11-13

    1.3 质子交换膜燃料电池测控系统探讨近况13-15

    1.4 本论文主要探讨内容及章节安排15-17

    2 PEMFC测控系统案例设计及制约参数整定17-31

    2.1 测控系统总体案例设计17-19

    2.2 测控系统结构组成19-22

    2.3 测控系统制约参数测试与整定22-29

    2.3.1 最佳工作温度制定23-24

    2.3.2 电堆温度制约参数调整24-28

    2.3.3 尾气排放时间参数制定28-29

    2.4 小结29-31

    3 基于DSP的PEMFC测控系统硬件设计31-49

    3.1 引言31-34

    3.1.1 主制约器的选取31-33

    3.1.2 硬件总体案例设计33-34

    3.2 TMS320F2812功能模块设计34-46

    3.2.1 主控器模块34-37

    3.2.2 电源模块37-39

    3.2.3 数据采集模块39-44

    3.2.4 执行机构模块44-46

    3.2.5 通讯模块46

    3.3 系统稳定性设计46-47

    3.4 小结47-49

    4 PEMFC测控系统软件设计49-61

    4.1 引言49

    4.2 测控软件开发环境49-50

    4.2.1 DSP集成开发环境49

    4.2.2 上位机开发环境49-50

    4.3 底层制约软件设计50-57

    4.3.1 制约软件模块划分50

    4.3.2 软件流程设计50-51

    4.3.3 电压电流采集模块51-52

    4.3.4 温度采集模块52-54

    4.3.5 堆温制约模块54-55

    4.3.6 通讯模块55-57

    4.4 基于LabVIEW的上位机软件设计57-60

    4.4.1 显示界面设计57-58

    4.4.2 VISA实现串口通信58-60

    4.5 小结60-61

    5 基于故障树浅析法的故障诊断模块设计61-69

    5.1 故障树浅析法概述61-63

    5.1.1 故障树的建造61-62

    5.1.2 故障树的数学基础62

    5.1.3 故障树的定性浅析62-63

    5.2 PEMFC故障树构建及定性浅析63-64

    5.3 基于LabVIEW的诊断推理功能实现64-66

    5.3.1 诊断流程设计64

    5.3.2 诊断推理设计64-65

    5.3.3 LabVIEW功能实现65-66

    5.4 小结66-69

    6 测控系统发电性能浅析69-73

    6.1 测控平台介绍69-70

    6.2 发电性能浅析70-73

    6.2.1 温度制约性能浅析70-72

    6.2.2 故障诊断模块浅析72-73

    7 总结与展望73-75

    7.1 总结73

    7.2 展望73-75

    致谢75-77

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