基于powerpc燃料电池控制器设计和实现

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要燃料电池以零排放、能量转换效率高、可靠性高、以及维护性好等诸多优点，被称为继水电、火电和核电之后第四种发电装置，日益受到各国政府和各大企业的广泛关注。质子交换膜燃料电池更是由于其工作温度低，功率密度高等特点，成为最具发展潜力的燃料电池。控制器是保障燃料电池正常工作，提高寿命和可靠性的关键。本文开展质子交换膜燃料电池控制器研究与设计，主要研究内容如下：分析了质子交换膜燃料电池系统整体结构与原理，其中重点分析了氢气供给单元、空气供给单元及冷却循环系统三大组成部分；对质子交换膜燃料电池控制系统进行了需求分析，在此基础上对比分析了相关技术方

2、案，提出以处理速度快、抗干扰能力强、接口资源丰富的32位PowerPC微处理器MPC5554为核心的总体控制方案。设计了基于MPC5554的控制器硬件，包括模拟和数字信号采集及处理电路、电磁阀驱动电路、D／A转换电路、过流保护电路、SCI通讯电路、CAN通讯电路，并对各参数进行了计算分析。针对质子交换膜燃料电池的电磁环境，分析了控制器的电磁兼容性需求，从硬件电路板布局规划、布线设计、叠层规划多方面来设计PCB，以提高可靠性。重点分析质子交换膜燃料电池的水管理意义以及影响因素一空气湿度特性，提出理论解决方案并选取合适解决方案一焓轮加湿。然后，通过实验测试手段了解

3、焓轮加湿器的加湿特性。在此基础上阐述常规PID控制湿度策略。最后，针对湿度控制中存在的时滞性特性，提出了优化控制方案，通过计算机仿真和实验，选择适合的控制参数。对控制结果进行简要分析。最后，针对控制器中IIC／OS．II进行操作系统移植，搭建适合MPC5554硬件开发的软件平台。利用Matlab与Freeseale公司合作开发RApplD工具将优化控制策略进行代码化，实现控制策略软件化。关键词：燃料电池，控制器，湿度，PowerPC武汉理工大学硕士学位论文AbstractFuelcell、析mitszero-emission,highenergyconvers

4、ionefficiency,highreliability,andmaintainabilityandmanyotheradvantages，isknownasthefourthgenerationdeviceafterthehydropower,thethermalpowerandthenuclearpowerinstallations．Itisincreasinglywidespreadconcernbygovemmentsandmajorcompanies．Protonexchangemembranefuelcellisduetoitslowoperat

5、ingtemperatureandhighpowerdensity,whichbecomesthemostdevelopmentoftechnology．Thecontrolleristoprotectthefuelcelltoworkpropedy，thekeytoextendtheservicelifeandimprovereliability．Inthisthesis，itelaboratestheprotonexchangemembranefuelcellcontrollerdesign．Themaincontentsareasfollows：This

6、thesisanalyzedoftheoverallstructureandprincipleoftheprotonexchangemembranefuelcellsystem,whichfocusesonanalysisofthehydrogensupply珈时t'theairsupplyunitandcoolingsystem；therequirementsanalysisoftheprotonexchangemembranefuelcellcontrolsystem．Onthisbasis，thereisthecomparativeanalysisoft

7、herelevanttechnicalsolutionsanditproposesmicroprocessorMPC5554whichisfastprocessingspeed,andstronganti-jammingcapability,resource-richinterface32一bitPowerPCasknown,弱thecoreoftheoverallcontrolscheme．DesignbasedontheMPC5554controllerhardware，includingtheanaloganddigitalsignalacquisiti

8、onandprocessingcirc