20kW燃料电池动力装置系统研究

燃料电池动力装置测试系统的建立对于燃料电池动力装置总体性能的测试、系统优化、燃料电池动力装置的发展都有着重要的作用。本文的主要工作是设计并构建一个20kW的燃料电池动力装置测试系统。此动力装置可根据功率的需要为电堆提供理想流量、压力和湿度的气体。根据动力装置需要实现的功能和通过对气体流量、冷却水流量、加湿量、流量系数等关键参数的计算,对调节阀、流量计、电磁阀、传感器等零部件进行了选型。依据系统的结构设计实验台的整体布置方式,完成试验台的搭建。 控制系统由PLC、上位机、变送器、执行机构构成,控制系统的下位机采用西门子PLC S7-300。通过对I/O点数和存储容量的估算完成PLC模块的选择。根据试验台的功能要求设计系统控制流程图,并按照系统控制流程图,运用梯形图和语句表完成PLC程序的编制。上位机采用“组态王6.52”软件,完成了上位机组态界面的设计。“组态王”与西门子PLC的通讯是通过MPI实现的;测试系统对气体压力,冷却水压力等关键参数采用PID方式进行调节,通过对S7-300的模拟量闭环控制研究,选择带死区的位置式PID算法对模拟量进行控制。 采用Matlab中的Simulink建立质子交换膜燃料电池系统模型,包括气体进气模型、尾气模型、电池模型等。通过仿真结果,分析电流的阶跃变化对电压和功率的影响。