400W质子交换膜燃料电池控制系统设计.pdf

第5期 机电技术 69 400W质子交换膜燃料电池控制系统设计 张 玉 林瑞全 翟少琼 (福州大学 电气工程与自动化学院，福建福州 350108) 摘 要 ：为了使质子交换膜燃料电池系统能够高效可靠稳定地工作，设计了一种基于ATmega128单片机作为核心控 制单元的400W空冷型燃料电池控制器 ，有效地整合了燃料电池发电系统，实现了对氢气供给、空气供给、风扇 、模拟量监 测和显示等子系统的控制。试验结果表明，该系统设计可靠 ，运行稳定。 关键词 ：质子交换膜燃料电池；ATmega128单片机；燃料电池控制器 中图分类号：TM911．4 文献标识码 ：A 文章编号：1672—4801(2014)05—069—04 质子交换膜燃料 电池 (protonexchangemem— 1．1 质子交换膜燃料电池堆 branefuelcell，PEMFC)是一种绿色能源转换装 该系统所使用的燃料 电池堆 由31片单电池 置，具有功率密度高、能量转换效率高、无污染、无 串联而成 ，电堆额定功率为400W，额定电压2lv， 噪音、低温条件下快速启动和零排放等优点，已经 开路电压大约为30V，额定电流20A。单电池极 成为能源领域研究的热点之一。 板面积为158mmXlO1mm，有效面积为85cm。 随着在燃料电池汽车、舰船、固定电站等大功 1．2 空气供应单元 率场合的应用，燃料电池作为便携式电源、移动电 空气供应单元负责为电堆化学反应提供氧化 源的优势也 日益凸显 1。目前，提高PEMFC发电 剂。使用鼓风机来实现空气的供给，控制鼓风机 系统的运行性能，保证系统安全性、可靠性和低成 的电压便可控制人 口空气的风量。风机的工作电 本运行的研究是PEMFC在实用性方面研究的主 压为24V，控制电压范围为0—5V。根据检测到负 要工作 ，而这与系统的有效控制密切相关。本文 载电流的大小来改变风速 ，电流大时提高风机转 设计 了一种基于ATmega128的400W空冷型质子 速，加大人 口风量 ，反之降低风速，减小风量，达到 交换膜燃料 电池控制系统，能很好地对各变量进 既能满足电堆空气需要，又能降低风机消耗能量， 行管理和监测，该系统电路简单，结构清晰，调试 提高系统效率的目的 一。 和运行方便 ，符合燃料电池控制技术发展的低成 阴极的尾气中包含有部分的水蒸汽 ，一部分 本化、小型化、智能化的趋势。 经过膜管加湿器给入 口空气加湿，另一部分的水 l 质子交换膜燃料电池发电系统组成 直接排出。 燃料 电池发 电系统如图1所示 ，主要包括质 1．3 氢气供应单元 子交换膜燃料电池电堆、空气供应单元、氢气供应 单元 、热管理单元 、功率变换单元和系统控制 采用高压储氢瓶存储氢气，供氢压力通过减 单元。