隨著能源危機與環(huán)境污染問題日益嚴重,質子交換膜燃料電池憑借其清潔、高效、可再生等優(yōu)勢成為當下研究的熱點。然而燃料電池在工作時需要眾多輔助系統的配合,其中空氣系統作為最重要的輔助系統之一,直接決定著參與反應的氧氣是否足量且適宜。當參與反應的氧氣量不足時,電堆輸出電壓降低,質子交換膜過熱,降低電堆壽命。反之參與反應的氧氣量過高,電堆輸出功率不會隨之增加但對應的空壓機功耗變大,燃料電池系統凈輸出功率減少。因此,對燃料電池空氣系統進行研究,使其能夠精確快速地滿足燃料電池工作所需空氣流量,對維持燃料電池系統穩(wěn)定高效運行具有重要意義。首先,本文在參考國內外研究成果基礎上,仿照巴拉德HD6電堆空氣系統,搭建了包含離心式空壓機的燃料電池空氣系統實驗平臺,設計了實驗平臺的電氣控制與通信方式,編寫了相關控制程序。該實驗平臺由離心式空壓機、冷卻系統、交流電機、電機驅動器及PLC控制器等組成,可以實現空壓機運行狀態(tài)參數在線監(jiān)測與控制,實驗數據分析存儲等功能。接著,本文在所搭建的實驗平臺上進行了不同蝶閥開度與防喘閥組合形式對空壓機出口空氣參數影響的實驗。通過實驗驗證了防喘閥對喘振的作用效果受蝶閥開度因素的影響,蝶閥開度越大,防喘閥作用效果越強;在相同蝶閥開度條件下,防喘閥距離空壓機出口較遠時,防喘振效果好。最后,本文采用PID控制器對空壓機出口流量進行控制,對實驗數據的分析表明傳統PID控制器在流量控制應用中存在局限性,不能較好的控制空氣流量。為了改進PID控制器的控制效果,本文設計了模糊自適應PID控制器用于空壓機流量控制,并通過實驗的方式對模糊自適應PID控制器與PID控制器的控制效果進行對比,證明了設計的模糊自適應PID控制器相比于PID控制器控制效果有很大提升。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM911.4
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 PEMFC空氣系統建模
        1.2.2 PEMFC空氣系統防喘振控制技術
        1.2.3 PEMFC空氣系統流量控制技術
    1.3 主要工作
        1.3.1 本文主要研究工作
        1.3.2 本文篇章結構
第2章 PEMFC工作原理與內部結構
    2.1 PEMFC的工作原理
    2.2 PEMFC內部結構
    2.3 空氣系統模型
    2.4 本章小結
第3章 燃料電池用離心式空壓機實驗平臺搭建
    3.1 實驗平臺概述
    3.2 測試對象選擇
    3.3 模擬實驗平臺設計
        3.3.1 傳感器選擇
        3.3.2 電氣控制設計
        3.3.3 硬件設計與實現
    3.4 本章小結
第4章 燃料電池用離心式空壓機防喘振研究
    4.1 蝶閥開度對空壓機出口空氣參數的影響
    4.2 防喘閥對空壓機出口空氣參數的影響
        4.2.1 蝶閥開度對防喘閥作用效果的影響
        4.2.2 防喘閥位置對空壓機出口空氣參數的影響
    4.3 本章小結
第5章 基于PLC的空壓機出口流量控制技術
    5.1 最優(yōu)空氣流量計算
    5.2 空壓機出口流量PID控制技術
    5.3 模糊控制設計
        5.3.1 模糊控制器的基本結構
        5.3.2 模糊自適應PID控制器的結構
        5.3.3 輸入、輸出量論域及隸屬度函數
        5.3.4 模糊控制規(guī)則的建立與解模糊
        5.3.5 MATLAB工具箱與模糊控制查詢表
    5.4 空壓機出口流量模糊PID控制技術
    5.5 本章小結
結論及展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間的論文及科研項目

【參考文獻】

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本文編號：2863603