质子交换膜燃料电池测控研究现状
时间:2017-06-19 22:52 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 影响PEMFC的输出性能的因素有负载大小、电堆温度湿度、燃料气体流量等，要想确保PEMFC能正常运行，就需要一个可靠稳定的控制系统对其工作状态下的各项参数进行实时的检测与分析，以便及时地进行故障的预测与排除。目前，国内外对于PEMFC测试系统的研究也有了一些年头，而且已经有一些实用的测试系统出现。其中国外比较著名的有美国Arbin仪器公司的集成燃料电池测试系统（FCTS）和加拿大Hydrogenics公司的燃料电池测试站（FCATS）等。而国内的研究相对较晚，所以成熟的产品也相对较少，其中中科院化物所已经开发出了小功率的燃料电池测试系统，上海攀业氢能源科技有限公司也推出了PhyX-100系列的燃料电池测试系统。10414 基于空冷型PEMFC测控系统的小型化要求，对于传统的以数据采集卡和工控机为主要控制单元的控制方案[2,3]已逐渐退出历史舞台，因为这种控制方案体积庞大、价格昂贵。对于现今这个资源能源匮乏的时代，高性价比的产品才是未来发展的主流。目前，空冷型PEMFC可采取的控制方案也比较多，比如采用单片机、PLC、DSP等作为控制器都可实现PEMFC的测控，具体的研究内容如下所述： （1）以单片机为主控单元的控制方案[4]采用单片机作为整个系统的核心，由于文献[4]把PEMFC应用于野战通信电台这一特定对象，所以它利用专业的DC/DC变换模块直接输出使用，另外它采取定时的方式驱动增湿器与排气电磁阀，实时显示储氢器容量的变化、输出电压、电流并加以保护。其中关于储氢器容量的变化，它是利用输出功率的累计量反推来实现，这种思想比较新颖。这种控制方案的特点是硬件电路与软件设计都相对成熟，实施性比较强，成本也比较低，缺点是可靠性不高、实时性不好，同时它只能够实现比较简单的控制算法。 （2）以可编程控制器(PLC)为主控单元的控制方案[5]主要是利用PLC在开关量控制方面的先天优势。这种控制方案不需要设计相关的硬件电路，只需要对系统的输入输出量进行必要的配置即可，而且软件的编程也相对较容易。但是PLC的数据存储和图形显示功能相对较弱，所以必须将PC机或者是触摸屏与PLC组合起来，充分利用它人机接口功能丰富、组网方便、编程简单和价格低廉的特点来完成测控系统的检测、管理、控制等功能。这样虽然可以实现系统实时监控PEMFC在运行时各个性能参数的实时曲线，但这种系统往往不能充分利用PLC自带的各种资源，而且体积也较大。 （3）以DSP芯片为主控单元的控制方案[6,7]主要是因为DSP芯片内一般都自带PWM波形发生器，它能够很容易的在不同负载条件下实现对散热风扇、排气电磁阀的实时控制。由于DSP芯片的运算速度比较快，而且适合做数字信号处理方面的工作，所以这种控制系统能够很轻松的实现相对较复杂以及较先进的控制算法。以DSP为主控单元，再配合相应的数据采集电路、人机接口电路、通信电路及其驱动电路等就可实现对电堆温度、冷却风扇电压、尾气排放以及与上位机通信的控制。 （4）以ARM9芯片为主控单元的控制方案[8,9]主要是因为ARM芯片可以移植操作系统，能够很方便的进行多任务的管理。这种控制系统的人机交互性比较好，一般通过触摸屏或液晶显示屏就可以很方便的实现与电池的交互，我们可以在触摸屏或液晶显示屏上直观的观察电池内部的各个参数。但是要想剪裁出一个性能优越、体积小并且能够移植成功的操作系统也不是一件容易的事情，而且使用操作系统后就意着有些工作任务的执行不能够像其它控制系统那样更及时地对电池进行控制，最重要的是大大增加了控制系统实现的难度。 (责任编辑：qin) |