多路输出的PEMFC控制系统电源的研制

PL C 的PEM FC 燃料电池控制系统的设计与实现胡林会　朱新坚　莫志军上海交通大学 摘要:介绍了可编程控制器在PE M FC 燃料电池控制系统中的应用及设计过程,并用V C 自行设计了一个简易的监测系统,根据需要连接装有该系统的计算机来监测燃料电池的性能。

关键词:S 72200可编程控制器　质子交换膜燃料电池(PE M FC )　串口D esign and Appl ica tion of PE M FC Con trol Syste m Ba sed on PLCH u L inhu i Zhu X in jian M o Zh ijunAbstract :T he design and app licati on of a k ind of PE M FC contro l system based on PL C is discussed in th is paper .In additi on,one V C++p rogram designed by the autho r is used to monito r the system in real ti m e w ith 2in the user ′s dem and .Keywords :S 72200PL C PE M fuel cell serial po rt1　前言燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置,是一项高效利用能源而又不污染环境的新技术。

燃料电池有多种类型,按使用的电解质不同分类,主要有磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池(PE M 2FC )及碱性燃料电池等。

图1　燃料电池的原理图质子交换膜燃料电池(PE M FC )是一种以固体聚合物作为电解质膜、空气或纯氧作为氧化剂,氢或者净化重整气作为燃料,带有气体流动通道的石墨或表面改性金属板为双极板的一种发电装置,见图1。

建模。

5高速动车组自动过分相控制策略研究与仿真6(李官军等)探讨了动车组的稳态谐波模型,但没有涉及到暂态模型,主要研究动车组在牵引、制动、恒速工况下采用车载自动控制断电过电分相方式的适应性问题,所建立的动车组暂态模型仅用于分闸过电分相,不能用于研究操作过电压、谐振过电压、重燃弧、冲击电流等问题。

因此,研究动车组不分闸过电分相的动态过程以及该过程与牵引供电系统的作用关系,需要建立电源-牵引网-动车组仿真系统,尤其是建立精确的动车组暂态模型。

牵引网在发生故障时,需要由馈线保护装置快速切除其故障部分,保证无故障设备继续正常运行,以最大限度地保障向列车安全、连续供电。

我国高速铁路基本沿用普速铁路的继电保护技术,馈线保护中的距离保护、电流速断保护、过电流保护等元件普遍采用了二次谐波闭锁和高次谐波抑制等措施来提高保护动作的可靠性。

但是,根据以前的试验统计,不分闸过电分相过程中的冲击电流会达到负荷电流的9.5倍,而且冲击电流会由于超饱和等原因含有很少的谐波,二次谐波闭锁和高次谐波抑制措施的作用不大,馈线电流速断保护元件将会误动。

此外,在动车组不分闸过电分相过程中,如果地面开关自动切换控制系统发生故障或切换失败,电分相两侧不同相的供电臂会直接短接或经电弧短路,造成异相短路故障,常规的馈线保护元件可能拒动。

5基于故障分量相关分析的供电牵引网异相短路保护6(林国松等)主要针对器件式过电分相装置闪络造成的异相短路展开研究,所提出的保护原理也只能应用于牵引变电所处的异相短路,而对两变电所之间的分区所处发生的异相短路故障无能为力。

因此,为了提高牵引供电系统的可靠性,需要全面分析馈线保护元件在动车组不分闸过电分相过程中的动作行为,研究故障的本质特征并提出新的保护原理。

PEM FC系统综合动态模型及其控制方法研究陈维荣X(电气学院)1研究意义燃料电池是21世纪对人类社会产生重大影响的高新技术之一,它直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能,是一种高效、环境友好的能源装置,得到了世界各国的高度重视,取得了大批研究成果。

PEM燃料电池助动车控制系统的研究与设计的开题报告一、研究背景及意义随着全球经济的发展和人们生活水平的提高，汽车成为人们出行的主要交通工具。

然而，传统燃油车的能源消耗和尾气排放带来了严重的环境污染和能源危机问题。

因此，发展新能源汽车已经成为世界各国重点发展领域之一。

其中，燃料电池车是一种极具发展前景的新能源汽车。

燃料电池是利用化学反应将燃料和氧气直接转化为电能的一种装置。

与传统的燃油车相比，燃料电池车具有零排放、高效率、低噪音和无污染等特点。

随着燃料电池的技术不断发展，燃料电池车的市场份额也在快速增加。

PEM燃料电池是燃料电池中应用最广泛的一种类型，其优点是具有快速响应、低污染和高效率的特点。

目前，PEM燃料电池主要应用于轿车和公交车等领域。

助动车作为一种新型的出行方式，其在城市交通中得到了越来越广泛的应用。

采用PEM燃料电池作为助动车的能源，可以有效地降低能源消耗和环境污染。

同时，由于助动车的动力较小，因此PEM燃料电池的功率也相应较小，可以更加稳定和可靠地供能。

因此，本文拟研究和设计一种基于PEM燃料电池的助动车控制系统，以满足助动车实际应用需求，同时探索新能源汽车技术的发展方向。

二、研究内容和方法本文的研究内容主要包括以下几个方面：1. 基于PEM燃料电池的助动车控制系统需求分析：通过对PEM燃料电池助动车控制系统的功能需求、性能需求和安全需求进行分析，对系统的整体设计进行规划。

2. 燃料电池系统数学模型建立和仿真：通过对PEM燃料电池和电控系统进行数学建模和仿真，分析燃料电池和电控系统的性能和稳定性，为系统的优化设计提供参考。

3. 助动车电机控制系统设计：通过对电机控制系统的结构和工作原理进行分析，设计出符合助动车实际应用需求的电机控制系统。

4. 助动车能量管理系统设计：通过对助动车的能量管理进行分析，设计出能满足PEM燃料电池的能量转换和存储需求的能量管理系统。

本文的研究方法主要包括理论分析、建立数学模型，以及仿真分析等方法。

自增湿阴极开放式PEMFC控制系统设计及实验研究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。

《PEMFC冷却系统设计与控制研究》篇一一、引言随着对能源利用效率与环保性需求的提升，燃料电池逐渐成为一种重要的能源转换技术。

其中，聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）以其高效率、低排放等优点被广泛应用于各个领域。

然而，其在实际运行中面临的热管理问题日益凸显，特别是在高电流密度和大功率密度工作环境下，散热问题尤为突出。

因此，对PEMFC冷却系统的设计与控制研究显得尤为重要。

本文将就PEMFC的冷却系统设计及其控制策略进行深入研究。

二、PEMFC冷却系统设计2.1 系统组成PEMFC冷却系统主要由散热器、冷却液循环泵、温度传感器、冷却液等部分组成。

其中，散热器负责将PEMFC产生的热量传导至冷却液中；循环泵则负责驱动冷却液在系统中循环；温度传感器则用于实时监测PEMFC的工作温度。

2.2 设计原则在设计PEMFC冷却系统时，需遵循高效、可靠、低耗等原则。

应保证系统能够在短时间内快速地将热量导出，并确保系统的稳定性及长寿命。

此外，还需考虑系统的能耗问题，尽量降低系统的能耗以实现节能减排。

2.3 关键技术在冷却系统设计中，关键技术包括散热器设计、循环泵的选型与优化、以及冷却液的选择等。

散热器设计需考虑其散热面积、热传导效率等因素；循环泵的选型需根据系统的流量需求及功耗要求进行优化；而冷却液的选择则需考虑其导热性能、耐腐蚀性等因素。

三、PEMFC冷却系统控制策略3.1 控制目标PEMFC冷却系统的控制目标是在保证PEMFC正常工作的情况下，尽量降低系统的能耗。

同时，还要保证在极端环境下（如高功率密度和高温环境），PEMFC能够迅速调整至合适的运行状态。

3.2 控制策略根据PEMFC的工况及外部环境的变化，采取不同的控制策略。

主要包括基于温度反馈的PID控制策略、基于模型的预测控制策略以及基于人工智能的优化控制策略等。

其中，PID控制策略通过实时监测温度并调整冷却液流量来维持PEMFC的稳定运行；预测控制策略则通过预测PEMFC的工作状态及外部环境变化来提前调整控制参数；而人工智能优化控制策略则通过学习大量数据来寻找最优的控制策略。

浅谈清洁能源PEMFC电池的原理与应用摘要]随着中国现代化城市的发展，中国工业化不断地进行，对电能的消耗越来越大。

为了解决该问题单一地扩大火力发电，虽然能够缓解用电压力，但是也存在着诸多的严重的环境问题，本文主要介绍清洁能源PEMFC电池的原理和应用，突出清洁能源在环保方面和解决用电短缺方面的优势及在航天军事方面的应用，为中国环境问题提供解决方案。

[关键词]清洁能源 PEMFC电池环保降低污染潜艇应用1、前言PEMFC电池使用燃料发电特性材料电池的一个统称，他是由现在高科技技术通过物理、化学、纳米技术等手段，制造而成的。

其原理类似一个小型的无辐射反应堆。

如选择氢气作为燃料在发电完成后，排放的是纯水，经过简单过滤，可应用于于农业灌溉，根据客户的要求有些PEMFC电池在使用过程中，根据所使用的燃料要排放二氧化碳，但是其含量只有低碳汽油排放量的1/6，随着PEMFC电池技术的革新，二氧化碳的排放量还在降低，属于新型环保能源。

2、PEMFC电池的结构与电化学方程式分析要知道PEMFC电池高效率和环保的原因，必须从结构和电化学方式进程行分析。

PEMFC电池的结构原理如图（以氢氧为燃料）1.1所示：图中为PEMFC电池的剖面图，在图中自左而右为氢气进气口和出气口构成到氢气循环通路，由多孔碳结构构成的负电极触媒层，在电解层理可选用ph值偏中性的硫酸钠盐电解液，碱性的氢氧化钠电解质溶液，酸性的硫酸电解质溶液，由多孔碳构成的正电极触媒层，供氧气进入和反应后纯水流出的氧水循环回路。

其简单的工作过程是：PEMFC电池以氢气为反应原料，氧气为氧化剂，氢气由循环回路充入电池后，进入触媒层在催化剂的作用下产生氧化反应，在氧化反应过程中失去电荷，电荷由负极通过用电负载流向正极，氢分子通过电解层在正极触媒层催化剂的作用下，与氢气产生还原反应并得到失去的电子，生成的水由氧水循环回路排出。

由以上推导过程可以确定PEMFC电池原理可行，正负极应用符合实际要求，基础材料在实际应用中容易获得，在理论上有一定的基础作为依托。

《PEMFC冷却系统设计与控制研究》篇一一、引言随着燃料电池技术的快速发展，质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其高能量密度、零排放和快速启动等优点，逐渐成为电动汽车、分布式能源系统等领域的理想选择。

然而，PEMFC 在运行过程中会产生大量的热能，如不及时进行散热处理，将导致电池性能下降甚至损坏。

因此，设计一套高效、可靠的冷却系统对PEMFC的运行至关重要。

本文旨在研究PEMFC冷却系统的设计与控制策略，为相关领域的研发和应用提供理论依据和技术支持。

二、PEMFC冷却系统设计1. 系统结构PEMFC冷却系统主要由散热器、水泵、温度传感器、冷却液循环管道等组成。

其中，散热器负责将PEMFC产生的热量传导至外界；水泵负责驱动冷却液在循环管道中流动，为PEMFC提供持续的冷却；温度传感器则实时监测PEMFC的温度，为控制策略提供依据。

2. 冷却液选择冷却液的选择对PEMFC的冷却效果和安全性至关重要。

目前，常用的冷却液包括水、乙二醇水溶液等。

考虑到PEMFC的工作环境和安全性要求，本文建议采用低沸点、低毒性的冷却液，如低浓度乙二醇水溶液。

3. 循环方式PEMFC的冷却系统循环方式主要有串联循环和并联循环两种。

串联循环适用于对温度控制精度要求较高的场合，而并联循环则具有较好的冗余性和适应性。

根据实际需求，可灵活选择合适的循环方式。

三、控制策略研究1. 温度控制策略温度控制策略是PEMFC冷却系统的核心部分。

通过实时监测PEMFC的温度，并根据设定的温度阈值，调整水泵的转速和冷却液的流量，以实现对PEMFC温度的精确控制。

此外，还可采用智能控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，进一步提高温度控制的精度和稳定性。

2. 故障诊断与保护策略为确保PEMFC冷却系统的可靠性和安全性，需设计故障诊断与保护策略。

通过监测冷却系统的压力、流量、温度等参数，及时发现潜在的故障隐患，并采取相应的保护措施，如自动关闭水泵、启动备用散热器等，以防止故障扩大和电池损坏。

《PEMFC冷却系统设计与控制研究》篇一一、引言随着全球对可再生能源的关注度不断提高，质子交换膜燃料电池（PEMFC）的应用已经成为了新能源领域的焦点之一。

作为能源转换效率高、启动快、对环境污染小的一种燃料电池，其发展具有重要价值和潜力。

然而，面对快速且高效运行的PEMFC，其冷却系统的设计与控制成为了影响其性能的关键因素之一。

本文将就PEMFC冷却系统的设计与控制进行深入研究，探讨其优化策略和实施方法。

二、PEMFC冷却系统设计1. 系统结构PEMFC冷却系统主要由散热器、水泵、温度传感器、冷却液等部分组成。

其中，散热器负责将PEMFC产生的热量传导至冷却液中，水泵则负责驱动冷却液在系统中循环，温度传感器则用于实时监测系统的温度。

此外，为了更有效地对系统进行散热，通常会设置外部冷却系统与内部循环系统共同协作。

2. 散热策略针对PEMFC的散热需求，设计时应考虑采用高效的散热策略。

例如，可以通过增加散热器面积、优化散热片结构、调整水泵流量等方式提高系统的散热能力。

此外，也可以考虑利用复合材料或者高导热系数的冷却液等新型材料来提高散热效率。

三、PEMFC冷却系统控制策略1. 温度控制为了确保PEMFC的正常运行，需要对系统的温度进行严格控制。

可以通过控制冷却液的流量、调节外部冷源的温度等方式实现。

此外，还应考虑设计一套实时监控和报警系统，以便在系统温度过高或过低时及时采取措施。

2. 智能化控制随着控制技术的发展，越来越多的研究者开始将智能化控制技术应用于PEMFC的冷却系统中。

例如，利用神经网络或模糊控制算法对系统进行自适应控制，使系统能够在不同的工作条件下自动调整控制参数，以达到最佳的散热效果。

此外，还可以通过物联网技术实现远程监控和控制，提高系统的可靠性和可维护性。

四、实验与结果分析为了验证设计的有效性和实用性，我们进行了多组实验。

实验结果表明，优化后的PEMFC冷却系统在保持高效率的同时，具有更好的温度稳定性和更长的使用寿命。