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《西南交通大学》 2012年
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小功率质子交换膜燃料电池及其控制方法研究

张锦芳  
【摘要】:能源问题和环境问题是当今人类社会面临的两大严峻考验,研究和发展环境友好型新能源技术的需求尤为迫切。燃料电池是一种高效的电化学反应装置,它将化学能直接转化为电能,且不产生环境污染。其中,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)更是因其运行温度低、能量密度高、动态特性好等突出优点,应用前景被普遍看好。但是燃料电池技术是一门涉及到众多学科的交叉学科,这给PEMFC的建模带来了很大的难度。另一方面,由于材料技术的限制,现有的质子交换膜对温湿度的要求较为严苛,这就给PEMFC系统设计和控制提出了很高的要求。本文从PEMFC性能实验、操作条件优化、建模以及控制策略几个方面开展了相关工作,主要工作内容包括: (1)介绍了PEMFC所涉及到的主要原理和PEMFC系统的概念,并初步提出了小功率PEMFC电源的设计方案。 (2)针对一款实验室自主开发研制的PEMFC开展了性能实验和操作条件优化实验,实现了对此PEMFC操作条件的优化。 (3)PEMFC原理涉及到电学、电化学、热力学、流体动力学、材料学等众多学科,机理模型计算量大求解困难且精度不高。针对PEMFC这个复杂的非线性动态系统,采用BP神经网络建立了PEMFC的温度特性模型,该模型与实验数据的吻合度很高,可满足实时控制系统的需要。 (4)在MATLAB/simulink仿真环境下,建立了基于BP神经网络的PEMFC的温度特性模型,分别采用自适应摄动型极值搜索算法和滑模极值搜索算法设计了PEMFC最大效率追踪控制器。仿真结果表明:两种极值搜索算法都能追踪到PEMFC的最大效率工作点,提高PEMFC的性能;较摄动型极值搜索算法,滑模极值搜索算法在动态特性、稳态特性和鲁棒性等方面体现出优越性。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM911.4

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 朱星光;质子交换膜燃料电池控制策略研究[D];西南交通大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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