氢氧燃料电池智能控制系统的设计

氢氧燃料电池,顾名思义,是在催化剂的作用下,阳极的氢气和阴极的氧化剂进行反应,释放电和热,同时生成液态或气态形式的水。相比原电池及原油,对环境的污染更少,是一种绿色、清洁和高效的可循环利用的新型能源。因此,在化石燃料日趋减少及能源危机的今天,具有非常好的开发及应用前景。 根据其电解质的不同,有5种不用类型的氢氧燃料电池,其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)能够在室温下快速启动,并具有可反复开关和低噪音等特性,在便携式电源、交通工具以及基站电源等领域具有很好的应用前景。然而,需要良好的水热管理策略和健壮的软件控制,才能使PEMFC燃料电池系统的效率尽可能地发挥,保证燃料电池系统长时间正常地运行。本文在对PEMFC电池的工作性质和各模块的参数进行了理论结合实际的分析和权衡之后,提出了一个简单实用、适用于固定基站的燃料电池的水热气管理策略,主要工作如下： (1)对燃料电池的历史、主流氢氧燃料电池的主要结构和工作原理做了简要的回顾和学习。 (2)对PEMFC电池性能参数的进行了分析,并阐述水热气管理的重要地位。 (3)设计了燃料电池控制系统,以STM32F103微处理器为核心,搭建硬件电路；以IAR公司的EWARM作为软件开发平台,并在IAR平台上移植FreeRTOS实时系统；对燃料电池的温度、电流、电压和氢气压力进行采集及分析。 (4)实现了数字PID对燃料电池的温度控制,通过实验绘制出最佳的燃料电池电流—温度曲线,以达到最佳的发电效率；对于增湿策略及气管理方案,设计了安秒短路和排气的方法；同时在软件方面实现了对燃料电池系统的智能化控制,能够在系统出现错误的情况下保护系统。 (5)设计了LabVIEW上位机程序,主要用于接收STM32F103通过串口发送的燃料电池的参数,并作数据显示、保存,以便分析燃料电池的性能。 经试验测试表明,该系统运行稳定,在模拟系统出错的情况下,能够迅速做出响应以保护系统,对氢氧燃料电池领域的研究和推广具有一定的参考价值。