本文關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

  更多相關(guān)文章： 質(zhì)子交換膜燃料電池 測(cè)試系統(tǒng) 控制板 單片機(jī) LabVIEW

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton-exchange membrane fuel cell, PEMFC)作為一種新型綠色能源,具有無(wú)污染、體積小、轉(zhuǎn)換效率和能量密度高、可低溫啟動(dòng)等優(yōu)勢(shì)。世界各國(guó)也在紛紛出臺(tái)相關(guān)政策,鼓勵(lì)和推動(dòng)PEMFC在便攜式電源、車(chē)用動(dòng)力電源、分布式發(fā)電站等領(lǐng)域的應(yīng)用。但是,從PEMFC前期研發(fā)到后期驗(yàn)證和制造的整個(gè)過(guò)程,都離不開(kāi)燃料電池測(cè)試系統(tǒng)：研發(fā)階段,測(cè)試系統(tǒng)幫助確定和優(yōu)化能量輸出的特征,以提高電池的壽命和魯棒性；驗(yàn)證階段,測(cè)試系統(tǒng)幫助優(yōu)化設(shè)計(jì)降低成本,以備大規(guī)模生產(chǎn)；制造階段,測(cè)試系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)電池是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。在燃料電池測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)領(lǐng)域,國(guó)外起步比早、技術(shù)積累多、專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、產(chǎn)品種類(lèi)豐富；國(guó)內(nèi)起步晚、技術(shù)積累匱乏、商業(yè)化的產(chǎn)品很少。然而,國(guó)外設(shè)備普遍價(jià)格昂貴,使用靈活性和兼容性差。我們需要的測(cè)試系統(tǒng)要求具有極高的兼容性和靈活性：不僅能夠滿足現(xiàn)階段的測(cè)試需求,同時(shí)可以根據(jù)新的測(cè)試需求來(lái)探索新的測(cè)試技術(shù),驗(yàn)證新的測(cè)試方法。本文從現(xiàn)階段自身實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試需求出發(fā),在充分學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上,搭建出了一套具有極高靈活性和兼容性的PEMFC測(cè)試系統(tǒng)。文中詳細(xì)闡述了該項(xiàng)目從需求分析、架構(gòu)搭建、方案制定到具體研發(fā)和驗(yàn)證的整個(gè)過(guò)程,主要的工作成果如下：1、分析指出測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有精確測(cè)量、快速響應(yīng)、穩(wěn)定運(yùn)行、記錄數(shù)據(jù)、安全保護(hù)、易于操作、有擴(kuò)縮性和界面良好等功能需求。為滿足功能需求,提出了模塊化、開(kāi)放性的系統(tǒng)架構(gòu)：各模塊單獨(dú)穩(wěn)定運(yùn)行,模塊間相互兼容；系統(tǒng)是開(kāi)放的,支持模塊的擴(kuò)充和縮減。分析指出各模塊(子系統(tǒng))詳細(xì)的技術(shù)需求指標(biāo),選配滿足指標(biāo)的相關(guān)儀器和傳感器。結(jié)合不同儀器和傳感器的不同信號(hào)類(lèi)型和通訊方式,提出了測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案：將所有模擬類(lèi)信號(hào)的監(jiān)測(cè),歸總到一個(gè)帶RS485通訊功能的采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)；設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)帶三路RS485端口、一個(gè)RS232端口、一個(gè)USB串口、兩個(gè)電磁閥驅(qū)動(dòng)端口等的核心控制板卡。控制板卡通過(guò)USB端口與上位機(jī)通訊,通過(guò)其他端口與各個(gè)儀器和傳感器通訊。2、基于STM32單片機(jī),設(shè)計(jì)出核心控制板卡的硬件原理圖：包括STM32最小系統(tǒng),電源電路,外圍接口電路,狀態(tài)指示和傳感電路等。完成布局、布線、打板、焊接和調(diào)試等工作后,開(kāi)發(fā)出了一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定的印刷電路板(PCB)。為控制板編寫(xiě)了雙線程的底層驅(qū)動(dòng)代碼：一方面實(shí)現(xiàn)控制板對(duì)儀器和傳感器的監(jiān)測(cè)和控制；一方面實(shí)現(xiàn)控制板和上位機(jī)的通訊。參考Module Bus規(guī)范,制定出控制板與上位機(jī)間的通訊協(xié)議：具有兩字節(jié)字頭,一個(gè)地址碼,一個(gè)功能碼,八字節(jié)數(shù)據(jù)位,兩字節(jié)求和校驗(yàn)。3、基于LabVIEW平臺(tái),設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)和顯示的上位機(jī)架構(gòu)(隊(duì)列消息處理架構(gòu))。自定義了前面板控件,編寫(xiě)出所有可被調(diào)用的子Ⅵ；詳細(xì)介紹了架構(gòu)內(nèi)各個(gè)消息處理循環(huán)的控制邏輯,給出相關(guān)實(shí)現(xiàn)代碼；最后,簡(jiǎn)單介紹了上位機(jī)的UI(用戶界面)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)試和改進(jìn),本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的PEMFC測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下指標(biāo)：100ms一次的數(shù)據(jù)更新,24h持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,75W放電功率,200個(gè)放電步驟,256次放電循環(huán),支持燃料電池特有的0V放電狀態(tài),大于10M的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。該測(cè)試系統(tǒng)目前已完全滿足實(shí)驗(yàn)室對(duì)PEMFC測(cè)試的基本需求。同時(shí),具有極高兼容性和靈活性的系統(tǒng)架構(gòu),對(duì)于探索新的燃料電池測(cè)試技術(shù)和控制算法,也將起到極大的推動(dòng)作用。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 測(cè)試系統(tǒng) 控制板 單片機(jī) LabVIEW
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 PEMFC工作原理與測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介12-17
• 1.2 燃料電池測(cè)試系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展17-21
• 1.2.1 國(guó)外進(jìn)展18-20
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)進(jìn)展20-21
• 1.3 本課題研究意義和本文主要工作21-23
• 第二章 測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)23-30
• 2.1 功能需求分析23-24
• 2.2 技術(shù)需求分析24-25
• 2.3 測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)的搭建25-29
• 2.3.1 測(cè)試系統(tǒng)相關(guān)儀器的選擇26-27
• 2.3.2 測(cè)試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 控制板硬件電路和底層驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)30-46
• 3.1 控制板硬件電路的設(shè)計(jì)30-35
• 3.1.1 STM32的最小系統(tǒng)30-32
• 3.1.2 外圍接口電路的設(shè)計(jì)32-33
• 3.1.3 PCB的布局布線33-35
• 3.2 控制板底層代碼的編寫(xiě)35-44
• 3.2.1 定義變量35-37
• 3.2.2 初始化配置37-38
• 3.2.3 控制板對(duì)下位機(jī)的監(jiān)測(cè)38-39
• 3.2.4 上位機(jī)對(duì)控制板的監(jiān)控39-44
• 3.3 本章小結(jié)44-46
• 第四章 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)46-67
• 4.1 上位機(jī)程序的整體架構(gòu)46-50
• 4.2 上位機(jī)程序的編寫(xiě)50-62
• 4.2.1 前面板控件與子Ⅵ的編寫(xiě)50-55
• 4.2.2 主消息處理循環(huán)的編寫(xiě)55-56
• 4.2.3 串口通訊消息處理循環(huán)的編寫(xiě)56-59
• 4.2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)消息處理循環(huán)的編寫(xiě)59-60
• 4.2.5 自動(dòng)測(cè)試功能的編寫(xiě)60-62
• 4.3 上位機(jī)程序的UI設(shè)計(jì)62-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 第五章 總結(jié)與展望67-73
• 參考文獻(xiàn)73-80
• 碩士期間發(fā)表論文80-81
• 致謝81-82
• 附錄82-91

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 國(guó)信;密封性智能測(cè)試系統(tǒng)[J];輕工機(jī)械;1998年01期

2 陸鑫民;洪鷹;;灰鑄鐵機(jī)械性能及成份微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)技術(shù)鑒定[J];中國(guó)鑄機(jī);1987年01期

3 柴春吉;淺談測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)[J];機(jī)電工程技術(shù);2004年04期

4 宋惠玲,葉鳴鳳,陶萌,盛世民,郭繼坤;鍵盤(pán)輸入水平測(cè)試系統(tǒng)[J];黑龍江礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);1994年01期

5 ;聯(lián)機(jī)電化學(xué)智能測(cè)試系統(tǒng)[J];化學(xué)工業(yè)與工程;1994年03期

6 張宗社,苗素軍,駱念海;微機(jī)點(diǎn)載荷測(cè)試系統(tǒng)[J];煤礦機(jī)械;2001年05期

7 徐作耀;微機(jī)化繅絲張力測(cè)試系統(tǒng)[J];絲綢;1990年12期

8 岳豐田;豎井凍結(jié)溫度場(chǎng)微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的研究[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1991年02期

9 付一良,張偉民,蒲嘉陵;靜電照相光電測(cè)試系統(tǒng)的研制[J];北京印刷學(xué)院學(xué)報(bào);1993年01期

10 宋文愛(ài)，潘德恒，曹美珍;多套測(cè)試系統(tǒng)比對(duì)試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)差處理方法[J];宇航計(jì)測(cè)技術(shù);1996年Z1期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張建琳;李耀峰;;測(cè)試系統(tǒng)診斷技術(shù)的發(fā)展[A];2008年航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)峰會(huì)論文集[C];2008年

2 彭緒富;;遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

3 曾渭平;丁穎;董鎖利;張建蘭;;飛機(jī)試驗(yàn)中測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展與革新[A];2011航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

4 胡璞;張奕蕓;鄭偉濤;;力量訓(xùn)練測(cè)試系統(tǒng)[A];第九屆全國(guó)體育科學(xué)大會(huì)論文摘要匯編(2)[C];2011年

5 王欣;卓光祥;;脈沖電流光纖數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2000）[C];2000年

6 羅騏先;傅翔;宋人心;朱大錚;王五平;;沖擊反射法探測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷與厚度的方法及測(cè)試系統(tǒng)[A];第五屆全國(guó)混凝土耐久性學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2000年

7 秦小輝;周兵;陳次昌;季全凱;;水輪機(jī)模型試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的研究[A];第十八屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集[C];2004年

8 卞學(xué)紅;唐武忠;曾渭平;薛戰(zhàn)軍;;飛機(jī)起落架位置檢測(cè)與收放控制測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)研究[A];2012航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

9 胡金華;劉旺鎖;;一種專(zhuān)家測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];艦船電子裝備維修理論與應(yīng)用——中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)電子修理學(xué)組第四屆年會(huì)暨信息裝備保障研討會(huì)論文集[C];2005年

10 康真威;秦會(huì)斌;;脈沖磁性測(cè)試系統(tǒng)的硬件電路研究[A];浙江省電子學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 唐黎明;比例遙控電路的生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)[N];電子報(bào);2007年

2 通訊員 姜麗麗;我國(guó)試飛測(cè)試系統(tǒng)達(dá)到國(guó)際水平[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2000年

3 林鳴;重點(diǎn)工程機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)技改獲重大成果[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2004年

4 朱自強(qiáng);AIDC模擬測(cè)試系統(tǒng)[N];中國(guó)民航報(bào);2006年

5 ;安捷倫推出三款測(cè)試系統(tǒng)[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2001年

6 記者 劉穎;凱翔售出發(fā)電機(jī)組智能測(cè)試系統(tǒng)[N];中國(guó)船舶報(bào);2008年

7 張東;國(guó)內(nèi)IC測(cè)試業(yè):降低成本滿足主要芯片需求[N];中國(guó)電子報(bào);2008年

8 許潔;華為112寬帶測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于南昌電信[N];人民郵電;2004年

9 特約記者 姜麗麗;新機(jī)定型試飛實(shí)現(xiàn)安全高效保障[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2000年

10 羅德與施瓦茨公司;高品質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)解決CDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2004年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 王曉輝;大規(guī)模數(shù)字邏輯器件的單粒子效應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（近代物理研究所）;2014年

2 詹惠琴;測(cè)試系統(tǒng)的Petri網(wǎng)建模和性能分析研究[D];電子科技大學(xué);2005年

3 黃傳動(dòng);通信協(xié)議的分布式測(cè)試方法研究和測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

4 呂富勇;基于精簡(jiǎn)串行總線的小型模塊化測(cè)試系統(tǒng)研究[D];南京理工大學(xué);2010年

5 鄧啟煌;多場(chǎng)耦合條件下MSP測(cè)試系統(tǒng)的建立及在PZT陶瓷中的應(yīng)用[D];東華大學(xué);2012年

6 張敏;采后果蔬熱導(dǎo)率測(cè)試系統(tǒng)研究及其內(nèi)部傳熱溫度場(chǎng)模擬[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2005年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 梁斌智;組合可調(diào)式超音速分離器設(shè)計(jì)與測(cè)試系統(tǒng)研究[D];西安石油大學(xué);2015年

2 羅亞軍;通用測(cè)試儀器硬件共享平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2015年

3 張?jiān)评?基于CompactRIO的剎車(chē)性能車(chē)載測(cè)試系統(tǒng)[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 何磊;基于TPC-DS的測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

5 夏玉龍;基于虛擬儀器的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

6 李波;井徑測(cè)量?jī)x力臂反推力特性及電位計(jì)線性度測(cè)試系統(tǒng)研制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 伍城;推力矢量控制裝置與測(cè)試系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

8 齊琪;遠(yuǎn)程衛(wèi)星測(cè)試系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 朱秋揚(yáng);小衛(wèi)星供配電測(cè)試系統(tǒng)研制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

10 王悅;互聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];福建師范大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1000816