燃料电池单片内阻在线测试与pem含水量软测量研究

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1、武汉理j：大学硕士学位论文摘要燃料电池是一种最具潜力的绿色发电装置，是当前新能源领域的研究热点。燃料电池堆通常由多个单片电池串联组成，在运行过程中，单片电池的异常会影响整个电堆的性能与安全，为了评估各单片电池性能并及时发现异常的单片电池，必须实时监测各单片电池内阻与电压。质子交换膜(PEM)燃料电池的欧姆内阻在很大程度上是由PEM含水量决定的，从而影响燃料电池的发电效率。针对以上问题，本文开展燃料电池堆单片电池内阻与电压在线测试系统设计与电堆PEM平均含水量软测量研究。主要研究内容如下：首先阐述了单片燃料电池的实验模型和等效电路模型，分析了PEM燃料电池内阻的组成部分及

2、特点，然后比较了目前国内外燃料电池内阻测试法的优缺点，并基于交流阻抗法提出了燃料电池堆单片内阻在线测试系统的总体方案。在系统总体方案的基础上，进行了以高性能的DSP为核心的系统硬件平台设计，具体设计了高精度的信号检测与处理电路、AD转换电路、SCI通信扩展电路、CAN通信电路等，并详细分析了各电路的设计原理及参数选择依据。在对系统软件进行需求分析的基础上，对软件功能模块进行了划分，基于DSP软件开发平台CCS设计了系统初始化程序、AD转换程序、中断程序等子程序，制定了具体的SCI和CAN通信应用层协议。同时运用VB设计了功能完善的上位机软件。针对PEM含水量不易直接测量

3、的问题，分析单片电池PEM含水量与其欧姆内阻的机理关系，提出了基于RBF神经网络的电堆PEM平均含水量软测量方法，研究了软测量模型中辅助变量选取和数据预处理的方法，对RBF网络软测量模型进行了仿真实验验证，仿真结果表明：本文建立的RBF网络软测量模型能较好地预测电堆PEM平均含水量。整个系统电路简洁、清晰，可靠性高，测量精度高、速度快，较好地实现了对小型燃料电池堆各单片电池内阻与电压实时高精度监测。关键词：单片燃料电池，欧姆内阻，在线测试，PEM含水量，软测量武汉理：r大学硕士学位论文AbstractFueleelliSoneofthemostpotentialgree

4、ngeneratorappliancesandiSthehottopicinnewenergysourcesresearch．FuelcellstackiSgenerallymadeofmultisinglecellchipconnectedinseries．InitSoperationperiod．theabnormalofsinglechipwillaffecttheperformanceandsafetyofwholefuelcellstack．Sofortheevaluationoftheperformanceofsinglechipandfindoutthea

5、bnormalintime．itiSmusttomonitortheinternalimpedanceandvoltageofeverysinglechip．OhmicresistanceofPEMFCiSmostdecidedbyPEMwatercontentSOthatitcanaffecttheefficiencyofgenerateelectricity．Focusontheproblemsabove，thispaperdevelopsthedesignoftheinternalimpedanceandvoltageofeverysinglechiponline

6、monitoringsystemandsoft．sensingresearchofaveragePEMwatercontent．Themaincontentsasfollows：Inthispaper,theequivalentcircuitmodelandexperimentmodelofsinglefueleellchipareillustrated．theformationofPEMFCintemalimpedanceandthecharacte“sticsofwhichareanalyzedfirst．andthentheauthorcomparedtheadv

7、antagesanddisadvantagesofdomesticandinternationalmethodsofthefueleellinternalimpedancemeasurementinpresence．andbasingontheE1Smethoddevelopedthegeneralonlinemeasuringsystemtomonitortheintemalimpedanceandvoltageofeverysinglechip．Uponthegeneralsystem，thehardwareplatformbasin