7KW级PEMFC电力变换及控制系统设计
当今世界的能源危机与环境污染两大问题使人们越来越清醒的认识到开发新能源的重要性。质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其清洁高效等诸多优点,受到各界的广泛关注。但是,由于PEMFC是一种非线性、多输入、强耦合的复杂系统,其输出电压具有不稳定性与多变性,使得在实际应用中必须对其输出的电能进行控制,这就需要对PEMFC发电系统进行相应的电力变换及控制系统设计,以匹配不同负载的需求。 本文针对一个7KW功率级的PEMFC设计其相应的电力变换及控制系统,包括主电路DC-DC变换器的设计与控制电路的设计,主要做了以下几个方面的工作: (1)基于PEMFC的电化学模型,在Matlab/Simulink环境中建立7KW级PEMFC的仿真模型,通过实验数据验证了仿真模型的有效性与可操作性。基于PEMFC模型分析了温度压力等参数对PEMFC的输出电气特性的影响,为相应电力变换系统设计提供模型参考。 (2)介绍了常用DC-DC变换器,根据PEMFC的输出特性以及设计要求,选用了同步Buck变换器作为主电路,分析了其工作原理并对其元件参数进行了设计,并基于SimPowerSystems建立了变换器开环仿真模型,通过仿真验证了设计的合理性。 (3)对同步Buck变换器进行闭环的控制设计,采用电压电流双闭环的平均电流控制模式,并使用数字增量式PI校正调节。通过建立同步Buck变换器的小信号模型,基于Simulink对其PI控制参数进行了设计。最后在Simulink环境中,将PEMFC仿真模型作为电源,和同步Buck变换器模型进行联合建模,并为变换器添加双闭环控制,基于仿真验证了电压电流双闭环控制的有效性。 (4)基于TMS320LF2407DSP芯片,完成了对变换器硬件的选型设计与相应控制软件设计。硬件则主要包括采样电路、驱动电路、通信电路等设计,软件则基于DSP实时监控,在程序中实现变换器稳压控制及相关的保护功能。最后制成试验样机,通过测试验证了设计的正确性。
质子交换膜燃料电池;电力变换;控制系统;直流-直流变换器;电路设计
上海交通大学
硕士
动力机械及工程
朱新坚
2013
中文
TM911.4;TM910.2
100
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）