氢燃料电池供气控制系统的研究与设计

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燃料电池作为新兴清洁能源,其高效率、低排放、低噪声的优点受到了国内外政府、学者的关注和重视。而现阶段大部分采用单一的氢气控制系统或者单一的空气控制系统已经越来越不适用于大功率氢燃料电池中对氢气和空气压力调节的需求。为此,本文在分析氢燃料电池供气系统的结构、工作流程以及各子系统控制要求的基础上,研究并设计了DSP作为主控制器的氢燃料电池供气控制系统,实现氢气空气协调控制。本文的主要研究工作和取得的研究结果如下:(1)根据氢燃料电池供气系统的组成结构,提出了氢燃料电池供气控制系统设计要求,完成了氢燃料电池供气系统硬件设计方案,给出了氢气压力控制策略与空气压力控制策略研究方案,并给出供气控制系统软件设计方案。(2)根据氢燃料电池供气控制系统硬件设计方案,完成了氢燃料电池供气系统控制电路设计,完成了主要硬件设备的选型,设计了以TMS320F28335为核心的硬件电路,设计CPU最小系统电路、信号采集电路、驱动与控制电路、供电电源电路和通信接口电路等主要硬件电路。(3)根据氢燃料电池供气控制系统控制策略研究方案,完成了氢燃料电池供气控制系统的控制策略研究,重点研究了氢气供给子系统的模糊自适应PID控制算法与空气供给子系统的遗传算法优化PID控制策略,并使用Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,仿真结果验证了所提出控制策略的优越性。(4)根据氢燃料电池供气控制系统软件设计方案,完成了氢燃料电池供气控制系统软件设计,包括主程序和初始化程序、数据采集控制程序、氢气空气协调控制程序、氢气压力控制程序、空气压力控制程序、故障报警程序。综上所述,本文研究的氢燃料电池供气控制系统能快速调节氢气与空气压力,能保持氢燃料电池工作可靠性,满足汽车对氢燃料电池输出的需求,为氢燃料电池车的推广应用奠定一定的理论基础,具有一定的工程应用价值。
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