基于PIC的PEMFC控制器设计

论文摘要

质子交换膜燃料电池是一种绿色能源转换装置,具有功率密度高,能量转换率高、无污染、无噪音、低温条件下快速启动和可以实现零排放等优点,所以它的应用具有广泛的推广价值,极具开发潜力和应用前景,是今后商业化前景最好的燃料电池。本论文首先对300W质子交换膜燃料电池进行了研究与分析,从中得到了温度、压力和负载等因素对燃料电池性能的影响。其次,为了使燃料电池能够稳定、高效和安全的工作,设计了基于PIC单片机的燃料电池控制器,它可以有效的整合燃料电池发电系统,使系统中的氢气供给、空气供给、冷却、模拟量监控和显示等子系统更好的相互配合工作,提高燃料电池的整体输出性能。第三,针对燃料电池发电系统的性能需求,该控制器需要实现很多的功能,所以采用了40针的PIC16F877A作为主控芯片,对它进行外围设计,实现了显示、参数设置、温度监控、功率监控和报警等功能。第四,在温度监控模块中引入了PWM调速技术和PID控制算法对燃料电池的风扇转速进行控制,使燃料电池始终保持在最佳工作状态上,确保燃料电池的高性能输出。最后,通过实验与仿真等手段,证明了该燃料电池控制器能够有效的实现各种功能,控制参数也能达到预期值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 燃料电池发展史与国内外现状
• 1.3 燃料电池原理与类型
• 1.3.1 燃料电池原理
• 1.3.2 燃料电池类型
• 1.4 本文的主要研究工作及结构安排
• 第二章 燃料电池性能影响因素分析
• 2.1 非控制参数的影响
• 2.1.1 质子交换膜
• 2.1.2 扩散层
• 2.2 可控参数的影响
• 2.2.1 工作温度对电池性能的影响
• 2.2.2 压力对电池性能的影响
• 2.2.3 湿度对电池性能的影响
• 2.2.4 杂质对输出性能的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 燃料电池监控系统设计
• 3.1 300W PEMFC系统设计要求
• 3.2 燃料电池系统的组成
• 3.2.1 氢气存储和供给系统
• 3.2.2 空气供给系统
• 3.2.3 冷却系统
• 3.2.4 监控系统
• 3.2.5 报警系统
• 3.3 燃料电池系统总工作流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 燃料电池控制器设计
• 4.1 主控芯片的选择
• 4.2 供电与报警模块
• 4.3 监控模块
• 4.3.1 温控电路
• 4.3.2 压控电路
• 4.3.3 功率检测与负载控制电路
• 4.4 显示与按键模块
• 4.5 通信模块
• 4.6 抗干扰
• 4.7 本章小结
• 第五章 燃料电池控制器软件设计
• 5.1 系统主程序
• 5.2 温控程序
• 5.2.1 温度检测程序
• 5.2.2 直流风机
• 5.2.3 PID控制算法与仿真
• 5.2.4 PWM控制技术
• 5.3 显示与按键流程
• 5.3.1 显示模块流程
• 5.3.2 按键模块流程
• 5.4 通信程序
• 5.5 模拟量处理模块
• 5.6 本章小结
• 第六章 实验与结论
• 6.1 实验平台
• 6.2 实验分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录