硼氢化钠制氢燃料电池能量管理系统设计.pdf

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1、硕士学位论文硼氢化钠制氢燃料电池能量管理系统设计DESIGNONENERGYMANAGEMENTSYSTEMOFSODIUMBOROHYDRIDEFUELCELL李晓阳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM911.4学校代码：10213国际图书分类号：620.9密级：公开工学硕士学位论文硼氢化钠制氢燃料电池能量管理系统设计硕士研究生：李晓阳导师：张宇峰教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM911.4U.D.C:620.9Dis

2、sertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNONENERGYMANAGEMENTSYSTEMOFSODIUMBOROHYDRIDEFUELCELLCandidate:LiXiaoyangSupervisor:Prof.ZhangYufengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MicroelectronicsandSolid-StateElectrronicsAffiliation：Dept.ofMicroelectronicsSci

3、enceandTechnologyDateofDefense:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要从人类的发展进程来看，能源是人类不断进步的根本。而在当今社会，能源更是我们生活中必不可少的基本要素之一。燃料电池作为新型能源之一，有广泛的应用前景。但由于整个燃料电池系统的机理较复杂，为了其更加稳定持久的工作，对能量管理系统的研究必不可少。本文在实验室现有的质子交换膜燃料电池的基础上，从理论、设计以及样机测试三个角度进行了研究

4、，设计了一套硼氢化钠制氢燃料电池能量管理系统并实现了样机。其中设计包括硬件方面和软件方面。在理论方面，通过对质子交换膜燃料电池和NaBH水解制氢技术工作原理的研究，总结出了NaBH燃料电池的44工作原理，并将其抽象成了三个状态，进而设计了能量管理系统的结构。在硬件设计方面，本文从控制系统和能电源管理系统的角度完成了对主控芯片、温度控制模块、压力控制模块、人机交互模块、稳压电路、充电电路以及电源切换电路的设计。此外，对稳压电路的降压转换效率进行了研究，优化后转换效率得到了显著的提升，到5V和3.3V的降压分别提高了1.4倍和2.5倍。同时，电路板的集成

5、化也是研究的一方面，优化后整个电路板面积缩小了40.27%。在软件方面，根据能量管理系统的功能将其底层驱动划分了九个模块，并完成了对九个模块的设计。随后，移植了FreeRTOS嵌入式实时操作系统提高了系统的实时性，在任务划分的基础上对各任务间的交互进行了设计，实现了五个任务交互共同完成三个业务。在样机测试方面，对能量管理系统的功能进行了验证，并且对燃料电池系统的稳定性进行了分析。其中功能测试包括电磁阀周期性测试、风扇温度控制测试和蠕动泵燃料控制测试。最终完成的NaBH制氢燃料电池能量管理系统具有良好的稳定性，能够协4同燃料电池作为供电电源对外以60W

6、的功率持续稳定地发电。本系统能够为有关领域更深层次的研究提供一定参考。关键词：燃料电池；硼氢化钠制氢；电源管理；控制系统-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFromthepointofviewofhumandevelopment,energyisthebasisforhumanprogress.Intoday'ssociety,energyisoneoftheessentialelementsinourlives.Asoneofthenewenergysources,fuelcellshaveawiderangeofapplicati

7、onprospects.However,duetothecomplexmechanismoftheentirefuelcellsystem,itisnecessarytostudytheenergymanagementsystemforitsmorestableandlastingwork.Basedontheexistedprotonexchangemembranefuelcellsinthelaboratory,thispaperstudiedfromtheperspectivesoftheory,designandprototypetestin

8、g,anddesignedasetofsodiumborohydridehydrogenfuelcellen