PEMFC最大功率跟踪研究

PEMFC大规模商业化的前提是降低成本,以目前的情况来看变通的做法是在有限的使用寿命内充分利用电池,提高系统性能即是最直接的实现途径。在某些应用领域,功率密度比燃料效率更为重要,进行最大功率跟踪将使电池发挥更大的效用。 提高系统性能的基础是熟悉电池的特性。本文首先依据燃料电池的热力学性质和动力学模型,在基于实验室自制的空冷自增湿型阳极封闭式PEMFC搭建的测试平台上设计完成了基础特性测试实验,并分别对由静态测试和动态测试所得数据拟合的极化曲线做了相应的分析和比较。 提高系统性能的方案应按照实际需求制定。本文依据燃料电池水管理和热管理的理论,通过综合应用实验验证了排气周期、风扇电压和周期性短路等操作条件对系统输出的影响,并引入脉动进氢实验验证了这种新的供氢方式对延长排水周期、改善系统性能的作用,从而得到了可用于提高实验室PEMFC系统输出性能的相关方法。 根据最大功率点跟踪的概念和原理,结合实验室自制PEMFC的性能特点,本文介绍了三种适用的最大功率跟踪算法,即开路电压法、扰动观测法和电阻增量法。通过分析和比较它们各自的算法原理、跟踪流程和跟踪效果,总结归纳了这些算法在实际应用中的不足和适用场合上的不同。 最后,本文利用实验室系统的有关参数,分别建立了三种控制算法的仿真模型,在Matlab/Simulink软件上实现了PEMFC的最大功率跟踪。在变换电路的选型计算之后,通过整合调制占空比的Buck型变换器、编程控制算法的单片机和转换信号的采样电路,完成了控制器硬件的初步设计。