3KW质子交换膜燃料电池系统监控节点设计

摘要

当前，随着世界传统能源的日益短缺和生态环境的恶化，人们需要寻找一种新型环保的能源来代替传统能源。燃料电池（Fuel-Cell，FC）就是未来新型的高效，节能，环保的发电方式之一。它是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转变成电能的电化学反应装置，其最大特点是不经过热机过程，因此不受卡诺循环限制，能量转换效率高，噪声低，污染小，被公认为是21世纪首选的清洁，高效的新型发电技术。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)是一种用固体高分子膜作电解质的氢氧型发电装置。它是继碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后发展起来的一种新型燃料电池。作为高效清洁能源，PEMFC具有操作温度低、启动快和无电解质腐蚀等优点。 本文介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的原理与组成及其水、热、电、气的管理与控制，分析了电池组的控制量及控制量参数对系统性能的影响。在分析燃料电池发电系统的控制要求的基础上，提出控制系统的设计方案，即利用CAN总线技术设计模块化的分布式控制系统。将系统分为：氢气供给系统；空气供给系统；冷却水管理系统；PEMFC单池监测；液晶监视控制系统；基于DSP的主控制器系统；CAN总线通讯系统。课题设计了整个系统的控制策略，根据系统特点设计了各个子系统之间基于CAN总线的通讯方案。选用TI公司的TMS320LF2407作为主控制器的处理器，对燃料电池发电系统的其余各个子系统进行控制。以PHILIPS公司的32位单片机LPC2294作为监控节点的处理器，用于显示系统的状态，并接收人工指令来指示主控制器完成相应的控制任务。根据燃料电池发电系统的特点对本课题完成了控制系统硬件设计及软件设计。