基于CAN总线的直接甲醇燃料电池控制系统的设计

随着世界经济的发展,传统能源的匮乏及其所造成的环境污染问题日益严重,使得人们不得不开始寻找可替代传统能源的新能源。其中直接甲醇燃料电池(DMFC)系统以其高效、环境友好、燃料容易获取且便于储运等优点成为未来最理想的替代能源之一,在汽车、电力、国防、航空航天技术等方面有着广阔的应用前景。 本文的研究内容是基于CAN总线的直接甲醇燃料电池控制系统的设计。燃料电池系统具有“五脏俱全”的特点,其控制系统极其复杂,需要采集的信号和控制的对象很多,为此本系统采用基于CAN总线的分布式控制方式。所设计的系统共包括八类智能节点(水热管理、浓度管理、单体电池电压巡检、气泵驱动、总电压电流采集、电气连接、人机接口和通信接口模块),节点间的数据交换是通过CAN总线实现的。根据甲醇燃料电池控制系统的特点,设计了一个专用的CAN总线应用层通信协议,包括通信方式的设计、消息标识符的分配、数据格式的定义和数据帧报文的设计。 关于系统能量混合方式的研究,也是本设计的重点之一。本系统包括三个能量单元,甲醇燃料电池为核心能量源,超级电容为主要的能量混合单元,锂电池为辅助电源。系统在开机的过程中主要由锂电池提供电量。在正常工作的过程中,主要依靠超级电容对外放电。当超级电容的电压低于11V时,甲醇燃料电池为主要能量源,它在对超级电容充电的同时对外部负载放电。能量管理的总体目标是维持系统输出电压的恒定,并能够满足外部负载对功率的要求。 最后,本文详细说明了系统的测试过程。为了方便、直观地观察和分析实验数据,特别设计了一个测试软件,系统的实验测试工作就是基于该测试软件进行的。测试的内容包括单体电池电压巡检测试、能量优化分配测试、水热管理测试和浓度管理测试。通过实验验证,本系统可以安全、稳定、高效、可靠的工作,基本达到了设计要求。