空冷自增湿质子交换膜燃料电池发电控制器设计

为便于对空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电进行控制,根据空冷自增湿PEMFC的控制特性设计一种基于STM32F103微控制器的嵌入式发电控制器。该控制器通过采集PEMFC电堆的温度、输出电流、输出电压等参数,按照设计的控制策略,实时输出相应控制信号控制电堆稳定运行。通过实验验证了该发电控制器运行可靠、监控性能良好、实用性强,为空冷自增湿型PEMFC的实时发电控制提供了一种嵌入式控制方式。     

基于PLC和LabVIEW的燃料电池测试系统设计

针对开展空冷燃料电池多环境变量优化研究的需要,基于西门子S7-1200系列PLC和监控软件设计平台LabVIEW,构建了空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)测试系统。该系统以PLC为底层控制单元,LabVIEW监控程序为主监控单元,通过ModbusTCP/IP和Modbus串口协议实现设备间数据通信与控制交互,底层控制单元将传感器采集的各项燃料电池运行特征参数上传、分析并记录。在此基础上,充分考虑空冷型PEMFC对时序和控制操作的敏感性要求,实现对燃料电池启停时序控制、阳极排气控制和温度控制等。此外,系统能够根据实际运行状态在线调整运行参数并且图形化的人机交互界面可实时显示并记录系统运行状态,包括故障和报警信息等。经实验验证,该测试系统运行可靠,监控性能良好,实用性强,能够用于空冷自增湿型PEMFC的实验研究。     

基于PFDL的阴极开放式PEMFC系统无模型自适应预测控制

为使得阴极开放式质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的运行保持最优输出性能,提出一种基于偏格式动态线性化的无模型自适应预测控制策略,实现电堆的性能优化。通过偏格式动态线性化的方法,将阴极开放式PEMFC这一非线性时变系统等价转换为动态线性化数据模型,继而实现对非线性控制对象的控制。在搭建的测控平台上进行实验,验证动态线性化数学模型的正确性以及控制策略的可靠性。通过与传统的PID控制策略对比,所提出的控制策略能够快速准确地使电堆输出较高的功率,证明了该控制策略具有优越性同时使得系统具有较好的动态性能,有利于质子交换膜燃料电池的长远稳定运行。     

空冷型PEMFC的动态建模仿真及验证

为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作特性,采用Simulink软件建立了PEMFC的电化学动态模型及传热动态模型,将模型仿真计算得到的数据与实验室空冷型PEMFC的实验数据进行对比。通过对比模型与实验电池的输出电压及电堆工作温度数据发现误差都在2%以内,模型具有良好的适用性。在该模型的基础上探究了阳极氢气压力、膜含水量以及质子膜厚度等因素对PEMFC输出性能的影响,根据仿真结果表明:提高氢气压力、增大膜含水量和在一定范围内减小质子膜厚度都能提升电堆的输出性能。     

基于LabVIEW的PEMFC特性研究

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢气流量、氢气压力、环境温度等参数对电堆的发电性能影响较大。首先通过实验研究了电堆最佳工作温度的确定方法和输出电压特性,其次采用了一种广义多项式拟合方法获得了它们的描述公式,最后基于LabVIEW设计了电堆温度和输出电压的特性研究软件,软件仿真结果与实验数据拟合精度较高,为研究PEMFC系统提供了一种切实有效的方法。     

空冷型PEMFC电堆温度建模及改进GPC控制

为了使电池具有良好的输出性能,质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆温度必须控制在一个合适的范围内.提出了一个基于广义预测控制(GPC)的PEMFC温度预测控制方案.根据电池内部的能量守恒定律,建立了空冷型燃料电池电堆温度模型,基于此温度模型,采用GPC控制器建立了PEMFC温度控制系统,并提出一种改进的广义预测控制算法,减少了计算量和控制过程中的超调.设定温度为实验所获得的最佳工作温度.控制仿真结果表明,设计的PEMFC温度GPC控制系统有较高的控制精度与响应速度.     

氢燃料电池性能检测系统设计

设计了一套氢燃料电池性能检测系统。基于比例调节阀、电磁阀、质量流量计、加热保温管路等设计了供气及尾排系统，实现了反应气体的温度和流量的精确控制；基于电磁阀、变频水泵、热交换器、增湿罐等设计了冷却及加湿系统，使电堆温度始终维持在最佳工作温度，增湿器原理为鼓泡和喷淋式增湿，可实现高效增湿；基于西门子PLC和研华工控机设计数据采集与控制系统，实现对传感器数据的采集，设计了实验对测试系统进行验证。实验结果表明，系统稳定可靠，具有较好的应用效果。     

空冷型PEMFC电堆温度特性及模糊PID融合控制

以实验手段对空冷型电堆的温度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度对输出性能的影响,并结合分析结果推导出了电堆工作温度特性经验模型;同时针对电堆工作温度控制特点,设计了电堆工作温度的模糊PID融合控制方法。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。     

PEMFC发电系统FFRLS在线辨识和实时最优温度广义预测控制方法

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)发电系统是21世纪最有前景的发电技术之一。针对空冷型PEMFC发电系统工作温度对输出性能影响问题,该文通过理论分析和实验手段研究发电系统输出性能的最优特性。根据空冷型PEMFC发电系统温度控制对象所具有的非线性、迟滞、时变等特点,提出基于FFRLS在线辨识的PEMFC发电系统实时最优温度广义预测控制。其中,FFRLS在线辨识算法用于对非线性控制对象进行建模和在线校正。在搭建的空冷型PEMFC测控实验平台上,通过实验研究控制器参数对于系统性能的影响。阶跃响应实验结果表明:提出的控制方法能够在不同负载条件下实现对电堆最优温度进行实时跟踪。与常规PID控制比较,系统的超调量减少了约32.3%,发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。     

PEMFC的动态特性分析及其PID控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)控制系统的非线性、时滞性、复杂性等特点,利用Matlab/Simulink仿真软件建立PEMFC电堆工作仿真模型。在此基础上,采用比例积分微分(PID)算法控制器控制电堆的输出电流。讨论了当电堆输出电流出现阶跃变化时,电堆输出电压、输出功率以及电堆效率的动态响应,并对仿真结果进行了比较分析。仿真结果表明,该模型能够较好地反映PEMFC系统的动态性能,采用的算法具有较好的鲁棒性,有助于改善PEMFC控制系统的设计,提高其性能。     

基于宽频功率测量系统的高压电机能效计量检测平台设计

当前设计的高压电机能效计量检测平台的检测耗时较长,存在效率低和检测准确率较差的问题,因此提出基于宽频功率测量系统的高压电机能效计量检测平台设计。硬件部分设计了绝缘电阻信号采集模块、温度信号采集模块和局部放电信号采集模块,通过继电器开关控制继电器的闭合,避免了电流换向带来的测量误差,提高了电阻检测精度。在软件设计中实现了登陆窗口功能、管理员功能、历史数据查询功能、状态显示功能和报警功能。计算输入信息参数,采用宽频功率系统及开关滤波器组实现基波与谐波的分开测量,得到输出参数,实现高压电机能效的计量和检测。实验结果表明,所提方法设计的检测平台的检测耗时较短、检测结果准确率高,具有一定的实际应用性。     

PEMFC发动机输出功率瞬态响应仿真研究

结合质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机的工作原理,建立电化学模型。在此基础上,利用MATLAB/SIMULINK软件平台建立电池的瞬态响应仿真模型。不考虑空气系统的时间滞后,影响电池动态响应时间的主要因素为扩散浓差极化,它限制了电流的变化率。以MarkV型发动机为实例,通过分析负载突变的情况下PEMFC发动机输出功率的瞬态响应特性,得出结论为燃料电池的电化学反应时间常数相对较小,从30kW到50kW突变负载时为122ms(误差为5%)。     

基于改进遗传算法的PEMFC电堆稳态运行优化

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行过程中,运行压力、反应气条件、质子膜含水状态、电堆温度、输出电流等因素,都会影响电堆功率输出,因此须确定电堆输出最大功率的最优运行状态。为确定最大输出功率,建立了一个PEM-FC电堆参数模型和优化目标,并提出一种实现此优化的改进遗传算法。使用1kW电堆的实验数据通过最小二乘法确定了模型参数,同时详细叙述了如何利用此遗传算法实现优化,对PEMFC电堆最优运行条件进行了分析。计算和分析结果表明此遗传算法能够有效确定最大输出功率和最优运行状态。     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

质子交换膜燃料电池电堆系统建模与控制研究

首先介绍质子交换膜燃料电池(PEMFC)的单体结构和工作原理,并针对PEMFC电堆系统的复杂性,提出PEMFC电堆系统结构,系统结构包含PEMFC反应物供应、过程调节、水/热管理、输出调节和系统控制。然后在已有的PEMFC机理模型和经验模型的基础上,详细分析PEMFC电堆系统的数学建模,给出PEMFC电堆系统结构条件的划分、变量空间的建立、参数的选择和模型辨识。最后讨论PEMFC电堆系统控制的现状和发展,研究PEMFC电堆系统控制的特点,从应用的角度出发,提出基于模糊推理控制和广义预测控制的PEMFC电堆系统控制的可行方案。     

基于灰色预测的空冷型PEMFC发电系统实时最优温度无模型自适应控制

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的输出性能受工作温度、气体流速、尾气排放间隔等操作参数的影响,其中工作温度是影响输出性能的关键因素。针对空冷型PEMFC发电系统温度控制所具有的非线性、时滞、慢时变等复杂特性,提出基于灰色预测的无模型自适应控制方法实现实时最优温度控制。该方法将灰色预测的结果代替发电系统当前工作温度测量值。实验结果表明:所提方法能够在不同负载条件下实现对发电系统最优温度进行实时跟踪。与增量式PID控制相比,所提方法有效减小了系统的超调,使发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。且所提方法仅根据PEMFC输入输出数据在线对控制器进行调整,对PEMFC参数不敏感,可应用于类似空冷型PEMFC发电系统。     

质子交换膜燃料电池建模及其PID控制

针对目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型难以适用于控制系统的设计,提出利用Matlab-Simulink仿真工具对PEMFC进行系统动态模型建立,并在此基础上采用比例积分微分(PID)算法控制其输出电压.仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,有助于改善PEMFC的设计,提高其性能,而且PID算法能够较好地实现对PEMFC系统的控制,可适用于控制系统的设计.     

质子交换膜燃料电池混合动力系统测控平台开发

介绍了5 kW高低温质子交换膜燃料电池混合动力系统测控平台的开发。介绍了平台测试系统模式下检测系统工作参数,对燃料电池混合动力系统的性能、建模和优化设计等问题进行研究;在模拟真实系统模式下研究燃料电池混合独立发电系统的动态建模、控制和优化。阐述了配合多能源系统研究动态负载下的进料控制、功率输出稳定性和能量效率优化等问题。介绍了测控平台各子系统的设计和设备选型。     

基于FPGA的多视频接口的紫外成像系统设计

设计的多视频接口紫外成像系统,支持通过USB3.0接口输出图像数据至PC上进行显示,并且创造性地提出通过MIPI CSI-2接口将图像数据输出至Hi3519处理器进行显示,同时提出了两种类型的接口转换方法。设计了成像系统的图像采集模块、通过现场可编程门阵列(FPGA)以硬件描述语言(Verilog)构建的图像处理模块、I2C通信模块以及接口桥接转换模块等,其中图像处理模块作为系统的主控核心模块,分别控制图像采集模块完成了图像信息的采集、控制I2C通信模块和接口桥接模块完成开发平台的实时显示,另外该系统针对平滑噪声的处理集成了双边滤波算法、并且设计了图像模式切换、HDR模式切换、图像缩放和图像翻转等多种功能。通过对系统进行测试和验证,结果系统能够稳定提供分辨率为2 048×2 040@44 fps的视频流,结果表明该系统且具备低功耗的优势,最终完成了紫外成像系统和专业领域应用的精准匹配。     

电动汽车电池管理系统抗工频磁场设计

针对电动汽车电池管理系统(BMS)采集模块输出的电压信号容易受到外界工频磁场(PFMF)干扰的问题,提出了一种抗工频磁场干扰的采集模块的设计。分析BMS采集模块工频磁场干扰的机理,对采集模块进行硬件抗干扰和软件滤波设计;依据GB/T 17626.8要求,搭建工频磁场抗干扰测试平台,按照测试等级5对采集模块进行测试。测试结果表明,优化设计的BMS采集模块不仅结构简单,容易实现,且能有效滤除50 Hz工频干扰,提升BMS采集模块的抗干扰性能,对电动汽车抗干扰设计具有一定的参考价值。