本文關(guān)鍵詞：便攜式PEMFC移動電源系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 質(zhì)子交換膜燃料電池 排水周期 溫度控制 表面溫度分布 雙鋰離子電池切換策略

【摘要】：隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展,能源需求和供應(yīng)之間的鴻溝日益明顯,同時,化石燃料引起的生態(tài)環(huán)境惡化也對人類社會的可持續(xù)發(fā)展造成極大的挑戰(zhàn)。目前,能源工業(yè)存在明顯的弊端,化石能源的化學(xué)能必須轉(zhuǎn)化為熱能后才能進一步轉(zhuǎn)化為機械能或電能,轉(zhuǎn)化效率受卡諾循環(huán)限制,僅為33%～35%。這個過程中,同時還會產(chǎn)生大量的廢水、廢氣、廢渣以及噪聲,大規(guī)模的污染問題仍然沒有得到有效解決。燃料電池(Fuel Cell, FC)技術(shù)的出現(xiàn)為人類能源利用方式帶來了新的契機。燃料電池是一種將儲存在燃料中的能量通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它不受卡諾循環(huán)限制,能量轉(zhuǎn)化效率高(40%～60%),環(huán)境友好,氫燃料電池的排放物只有水。只要有足夠的燃料和氧氣,它可以長時間連續(xù)穩(wěn)定運行,具有廣闊的發(fā)展前景。在眾多類型的燃料電池中,質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEFMC)具有工作溫度低、能量轉(zhuǎn)換效率高(60%)、無有害排放物質(zhì)和易于操作等優(yōu)點而受到人們的青睞,日益得到各國政府、研究機構(gòu)和企業(yè)的重視。PEMFC越來越多的被應(yīng)用于交通、軍事、航天以及便攜式移動電源等領(lǐng)域。本文對新加坡淡馬錫理工學(xué)院自主研發(fā)的PEMFC進行了一系列的相關(guān)研究。實驗研究了影響PEMFC工況的兩個最重要因素：排水周期和溫度控制。排水周期實驗表明,PEMFC排水周期選擇需依工作負(fù)載而定。排水頻率過低,PEMFC陽極積水不能及時排出,容易造成部分電池“水淹”,影響單電池電壓的平行性以及表面溫度分布的均勻性；排水頻率過高,陽極氫氣利用率低,造成燃料的浪費。溫度控制影響實驗表明,溫度控制可以使PEMFC具備更好的抗負(fù)載擾動能力。負(fù)載變化時表面溫度變化幅度小,有助于燃料電池壽命的延長,但溫度控制并不能有效地提高PEMFC輸出功率。這些PEMFC相關(guān)的實驗研究為下一步便攜式移動電源制作提供了實驗依據(jù),并且在控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)設(shè)計方面也具有指導(dǎo)意義。本文設(shè)計和實現(xiàn)了基于PEMFC的便攜式移動電源,主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計方面,有PEMFC控制電路設(shè)計,DC-DC電路設(shè)計以及基于充電芯片MAX1870 A的充電電路設(shè)計。軟件設(shè)計方面,以PIC單片機作為微控制器,實現(xiàn)PEMFC系統(tǒng)的啟停設(shè)計,保護設(shè)計以及雙鋰電池切換設(shè)計。樣機測試實驗表明,本便攜式PEMFC移動電源系統(tǒng)運行可靠,輸出電能平穩(wěn)。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 排水周期 溫度控制 表面溫度分布 雙鋰離子電池切換策略
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 燃料電池的研究背景與意義11-12
• 1.2 便攜式燃料電池的發(fā)展簡介及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 便攜式燃料電池發(fā)展簡介12-13
• 1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本論文研究意義及研究內(nèi)容14-16
• 第2章 燃料電池概述16-22
• 2.1 PEMFC原理概述16-17
• 2.2 PEMFC分類17-18
• 2.2.1 自增濕型PEMFC17-18
• 2.2.2 陰極開放式PEMFC18
• 2.3 PMEFC相關(guān)工作特性18-21
• 2.3.1 PEMFC水管理18-19
• 2.3.2 PEMFC操作壓力19-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 燃料電池實驗分析22-36
• 3.1 燃料電池排水周期參數(shù)整定實驗22-30
• 3.1.1 實驗設(shè)備及系統(tǒng)22-25
• 3.1.2 實驗測試方案25-26
• 3.1.3 實驗結(jié)果與討論26-29
• 3.1.3.1 單電池電壓分布分析26-29
• 3.1.3.2 表面溫度分布分析29
• 3.1.4 結(jié)論29-30
• 3.2 燃料電池溫度控制影響實驗30-35
• 3.2.1 實驗設(shè)備及系統(tǒng)30-31
• 3.2.2 實驗測試方案31
• 3.2.3 實驗結(jié)果與討論31-35
• 3.2.3.1 溫度分布分析31-34
• 3.2.3.2 PEMFC功率輸出分析34-35
• 3.2.4 結(jié)論35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第4章 便攜式燃料電池系統(tǒng)設(shè)計36-52
• 4.1 便攜式PEMFC系統(tǒng)硬件設(shè)計36-44
• 4.1.1 PIC微控制器概述36-37
• 4.1.2 PEMFC控制系統(tǒng)設(shè)計37-40
• 4.1.2.1 溫度控制系統(tǒng)37-38
• 4.1.2.2 短路控制系統(tǒng)38-40
• 4.1.2.3 排氣控制系統(tǒng)40
• 4.1.3 雙鋰離子電池單元設(shè)計40-42
• 4.1.3.1 鋰離子電池概述40-41
• 4.1.3.2 雙鋰離子電池切換設(shè)計41-42
• 4.1.4 燃料棒單元設(shè)計42-43
• 4.1.5 功率變換單元設(shè)計43-44
• 4.2 便攜式PEMFC系統(tǒng)軟件設(shè)計44-50
• 4.2.1 燃料電池啟停設(shè)計44-46
• 4.2.2 保護設(shè)計46-48
• 4.2.2.1 過溫保護47
• 4.2.2.2 過氣壓、欠氣壓保護47-48
• 4.2.4 鋰離子電池SOC測定48-49
• 4.2.5 雙鋰離子電池切換策略49-50
• 4.3 本章小結(jié)50-52
• 第5章 便攜式燃料電池系統(tǒng)功能測試52-61
• 5.1 PCB板溫度處理與測試52-54
• 5.2 便攜式PEMFC充電系統(tǒng)功能測試54-58
• 5.3 系統(tǒng)帶負(fù)載功能測試58-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-67
• 附錄1：主控電路原理圖67-68
• 附錄2：PIC部分重要程序68-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

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