質(zhì)子交換膜燃料電池具有操作溫度低、啟動快、零污染等優(yōu)點,可以應(yīng)用在分散式供電、移動設(shè)備、新能源汽車等眾多領(lǐng)域。在過去的二十年里,得到了研究人員的廣泛關(guān)注。本文將結(jié)合先前研究人員的工作首先對燃料電池進行仿真分析,然后對燃料電池的模型參數(shù)和操作條件等進行優(yōu)化,最后在此基礎(chǔ)上設(shè)計了燃料電池的監(jiān)測平臺。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,簡單介紹了研究的背景意義,并對燃料電池的原理、特點和應(yīng)用做了說明。其次,結(jié)合先前工作人員對燃料電池的研究,利用MATLAB/SIMULINK分別建立了電化學穩(wěn)態(tài)模型和電壓動態(tài)模型,然后利用該模型對燃料電池的輸出性能做了仿真分析,通過調(diào)節(jié)溫度、壓強和濕度等參數(shù),研究各參數(shù)對燃料電池的輸出性能的影響。再次,利用智能優(yōu)化算法分別對燃料電池的模型參數(shù),操作條件等進行優(yōu)化。利用LDW-PSO(Linearly Decreasing Inertia Weight Particle Swarm Optimization)優(yōu)化算法對燃料電池的模型參數(shù)做了進一步的優(yōu)化,并利用優(yōu)化后的模型與實際實驗數(shù)據(jù)進行了仿真分析,得到的仿真數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)吻合程度較高,表明了利用優(yōu)化算法對模型參數(shù)優(yōu)化的可行性;同時利用LDW-PSO優(yōu)化算法對燃料電池的操作條件做了優(yōu)化,求解出了分別使燃料電池功率和效率最大化的操作條件。針對燃料電池的開銷和效率這一多目標優(yōu)化問題,一種方法是將該多目標優(yōu)化問題通過設(shè)置權(quán)重轉(zhuǎn)化成單目標,利用LDW-PSO優(yōu)化算法進行解決,得到了不同權(quán)重下的最優(yōu)解組合;另一種方法是利用SMODE(Summation Based Multi-objective Differential Evolution)多目標優(yōu)化算法進行優(yōu)化,并將結(jié)果與NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II)算法的優(yōu)化結(jié)果進行對比,表明了該算法在解決這一多目標優(yōu)化算法問題上的可行性與優(yōu)越性。最后,基于LabVIEW對燃料電池系統(tǒng)進行了監(jiān)測平臺的設(shè)計。該平臺主要包括用戶管理模塊、仿真系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊和數(shù)據(jù)管理模塊等。仿真測試結(jié)果表明,各模塊都能良好運行,達到了預(yù)期的設(shè)計需求。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TM911.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池
        1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理
        1.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的特點
        1.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的應(yīng)用
    1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池研究現(xiàn)狀
    1.4 論文結(jié)構(gòu)安排
2 質(zhì)子交換膜燃料電池的建模及仿真分析
    2.1 模型的建立
        2.1.1 電化學穩(wěn)態(tài)模型
        2.1.2 電壓動態(tài)模型
    2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的仿真分析
        2.2.1 電化學穩(wěn)態(tài)模型仿真分析
        2.2.2 電壓動態(tài)模型仿真分析
    2.3 本章小結(jié)
3 質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)化
    3.1 模型參數(shù)優(yōu)化
        3.1.1 粒子群優(yōu)化算法
        3.1.2 模型參數(shù)優(yōu)化問題描述
        3.1.3 實驗設(shè)置及結(jié)果分析
    3.2 最佳操作條件優(yōu)化
        3.2.1 最佳操作條件優(yōu)化問題描述
        3.2.2 實驗設(shè)置及結(jié)果分析
    3.3 開銷和效率的多目標優(yōu)化
        3.3.1 多目標優(yōu)化問題描述
        3.3.2 基于LDW-PSO算法的優(yōu)化問題解決
        3.3.3 基于SMODE算法的優(yōu)化問題解決
    3.4 本章小結(jié)
4 質(zhì)子交換膜燃料電池的監(jiān)測平臺設(shè)計
    4.1 用戶登錄系統(tǒng)
    4.2 仿真系統(tǒng)
    4.3 監(jiān)測系統(tǒng)
        4.3.1 數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計
        4.3.2 數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計
        4.3.3 優(yōu)化模塊設(shè)計
        4.3.4 監(jiān)測平臺主界面設(shè)計
    4.4 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
        4.4.1 數(shù)據(jù)庫連接功能設(shè)計
        4.4.2 查詢和刪除功能設(shè)計
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 洪蔚;四大公司聯(lián)合開發(fā)燃料電池[J];上海環(huán)境科學;2000年03期

2 ;直接使用甲烷的新燃料電池[J];現(xiàn)代化工;2000年01期

3 ;燃料電池[J];化學工程師;2000年02期

4 徐德新,諸亦新;燃料電池的開發(fā)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J];江蘇冶金;2000年02期

5 ;新型能源燃料電池[J];精細化工基地信息通訊;2000年06期

6 秦衛(wèi);;燃料電池的現(xiàn)狀[J];輕型汽車技術(shù);2000年06期

7 余亮;;燃料電池儲氫新技術(shù)[J];輕型汽車技術(shù);2000年Z1期

8 豐洋;天然氣膜法脫氮用于燃料電池[J];石油與天然氣化工;2001年02期

9 ;我研發(fā)出國際先進水平燃料電池[J];稀有金屬;2001年04期

10 ;形形色色的鋰電池和燃料電池[J];福建輕紡;2001年06期

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 余彬彬;典型工業(yè)場地污染特征及基于電對燃料電池自產(chǎn)電修復(fù)[D];浙江大學;2014年

2 郭琳;高性能鉑基燃料電池催化劑研究[D];重慶大學;2015年

3 陳會翠;影響燃料電池壽命的動態(tài)響應(yīng)分析及經(jīng)濟性評價[D];清華大學;2015年

4 尚明豐;同步輻射原位XAFS實驗方法表征燃料電池催化劑在工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)變化[D];中國科學院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2016年

5 卞婷;鉑基、銠基雙金屬納米晶的可控制備及催化性能研究[D];浙江大學;2016年

6 姜淑娟;基于氮、硼摻雜碳納米管的燃料電池催化劑的設(shè)計、制備及性能[D];南京大學;2010年

7 張丙青;光助燃料電池的構(gòu)建及性能研究[D];華南理工大學;2016年

8 駱明川;燃料電池電極反應(yīng)機理及低鉑催化劑的研究[D];北京化工大學;2016年

9 馬澤;鋅空氣燃料電池性能影響因素及性能衰減機理研究[D];清華大學;2015年

10 楊景帥;燃料電池用新型耐高溫質(zhì)子交換膜的制備與性能研究[D];東北大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 庫朋軒;質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)化研究及監(jiān)測平臺設(shè)計[D];鄭州大學;2017年

2 王珂;燃料電池混合動力系統(tǒng)設(shè)計[D];西南交通大學;2012年

3 韓明家;碳載鉑基直接甲醇燃料電池陽極電催化劑的制備和應(yīng)用[D];華南理工大學;2015年

4 趙興強;水冷型質(zhì)子交換膜燃料電池熱管理系統(tǒng)研究[D];西南交通大學;2015年

5 張德玉;燃料電池/蓄電池混合動力叉車電源系統(tǒng)設(shè)計[D];西南交通大學;2015年

6 袁月賽;混合動力燃料電池機車雙向DC/DC變換器研究[D];西南交通大學;2015年

7 焦蕙蓉;燃料電池液壓混合動力客車動力系統(tǒng)設(shè)計研究[D];青島理工大學;2015年

8 李金鳳;基于DSP的先進空間燃料電池電源控制策略及算法研究[D];北華航天工業(yè)學院;2015年

9 孫靜;氫氧燃料電池新型電極催化材料理論研究[D];復(fù)旦大學;2014年

10 雷霄;有軌電車燃料電池/超級電容混合動力系統(tǒng)建模與仿真[D];西南交通大學;2015年

本文編號：2891769