【摘要】：近年來,隨著我國航天技術(shù)的快速發(fā)展,空間站、探月飛船、天地往返系統(tǒng)、月球基地、深空探測、空間對抗平臺等各類新型航天飛行器已經(jīng)在研制過程中。隨著各類航天任務(wù)逐步實現(xiàn),對航天器能源系統(tǒng)的使用也提出了更高的要求。目前在空間能源中占比例最大的是可充電電池,但是可充電電池具有較低的質(zhì)量比能量和有限的充放電循環(huán)壽命,已逐漸無法適應(yīng)空間飛行器小型化和大功率的發(fā)展趨勢。燃料電池具有使用中無自放電,無放電深度及電池容量限制等優(yōu)點,產(chǎn)生的高壓可用于空間站及衛(wèi)星的姿態(tài)控制,還可以生成的水經(jīng)過純化處理,用于空間站宇航員生活飲用水。因此,燃料電池特別適合機動能力強、運行軌道復(fù)雜、需要較長時間高功率輸出的新型空間飛行器平臺使用。本文首先介紹了燃料電池研究的意義,目前研究的現(xiàn)狀以及發(fā)展的方向,重點介紹了燃料電池在宇航的應(yīng)用。接著針對本課題采用的快速原型技術(shù)對燃料電池進(jìn)行設(shè)計,設(shè)計了空間燃料電池快速原型仿真平臺,采用全數(shù)字離線仿真驗證燃料電池電堆模型和控制功能算法模型,采用快速原型系統(tǒng)在實時仿真環(huán)境下驗證電堆模型和控制功能算法模型。運用Matlab/Simulink組件建立燃料電池電堆機理模型和控制系統(tǒng)模型,通過半實物仿真驗證控制方法的合理性和有效性。最后完成了空間燃料電池控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計,使控制系統(tǒng)具備電壓、電流、溫度以及反應(yīng)設(shè)備工作狀態(tài)等模擬量參數(shù)采集功能,具備1553B總線通信和指令輸出功能。
【圖文】：

圖 1.1 月球基地燃料電池應(yīng)用藍(lán)圖 35 kW 燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)被美國 Hamilton 標(biāo)準(zhǔn)局研制中投入使用。日本的 ESA 和 JAXA 也十分重視燃料電池功率長時運行能源的需求，推動了燃料電池的巨大發(fā)展。統(tǒng)工作設(shè)定在 200mA/cm2、35V，每周期工作 10min。系統(tǒng)連工作壽命 10 年以上。十年里，NASA 已考慮三種燃料電池化學(xué)反應(yīng)作為未來發(fā)質(zhì)子交換膜燃料電池和堿性燃料電池，如表 1.2 所示。膜燃料電池會在 NASA 未來的月球前哨站（目前計劃從 2面著陸器、增壓或者無增壓的月球車等，另外一個關(guān)鍵的。目前月球前哨站的結(jié)構(gòu)位置設(shè)計為月極附近的環(huán)形山邊內(nèi)得到連續(xù)性的太陽光線照射。因此，在這個位置上看上將會是最佳的能源解決方案，但是，，盡管在這個位置上，這對大容量的能量存儲設(shè)備提出了需求，在這點上可再生好的解決方案。

北華航天工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文第 2 章 空間燃料電池快速原型仿真平臺設(shè)計 基于模型的開發(fā)流程20 世紀(jì) 90 年代初，一種開發(fā)周期短、成本低為特點的快速控制原型（Raptotyping 簡稱 RCP）技術(shù)首先在汽車制造和航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)用，它在控系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域表現(xiàn)出了廣闊的前景。目前它都成功的應(yīng)用在許多大型項目例如，歐洲的空客 A380、美國的 GM 混合動力車、諾馬公司的聯(lián)合攻擊機燃料電池的嵌入式控制系統(tǒng)作為一種高可靠性要求的嵌入式電子控制系統(tǒng)，業(yè)界最先進(jìn)的基于模型的開發(fā)模式進(jìn)行研究開發(fā)，如圖 2.1 所示為基于模型。
【學(xué)位授予單位】：北華航天工業(yè)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM911.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2616394