燃料电池发电系统控制器设计开题报告

全文总字数：8902字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 燃料电池汽车发展现状

1.1.1 国外发展现状

美国和加拿大是燃料电池研发和示范的主要区域之一，在美国能源部（doe）、交通部（dot）和环保局（epa）等政府部门的支持下，燃料电池技术取得了很大的进步，通用汽车、福特汽车、丰田、戴姆勒奔驰、日产、现代等整车企业均在美国加州参加燃料电池汽车的技术示范运行，并培育了美国的utc（联合技术公司）、加拿大的巴拉德（ballad）等国际知名的燃料电池研发和制造企业。美国通用汽车公司2007 年秋季启动的project driveway 计划，将100辆雪佛兰equinox燃料电池汽车投放到消费者手中，2009年总行驶里程达到了160万公里。同年，通用汽车宣布开发全新的一代氢燃料电池系统，新系统与雪佛兰equinox燃料电池车上的燃料电池系统相比，新一代氢燃料电池体积缩小了一半，质量减轻了100kg，铂金用量仅为原来的1/3。通用汽车新一代燃料电池汽车的铂金用量已经下降到30g，按照目前国际市场价格，铂金为300~400元/g，100kw燃料电池的铂金成本约为1万元人民币，燃料电池的成本大幅度下降。到2017年，100kw燃料电池发动机的铂金用量下降到10~15g，达到传统汽油机三效催化器的铂金用量水平。美国在2006年专门启动了国家燃料电池公共汽车计划（national fuel cell city bus program，nfcbp），进行了广泛的车辆研发和示范工作，2011年美国燃料电池混合动力公共汽车实际道路示范运行单车寿命超过1.1万小时。美国在燃料电池混合动力叉车方面也进行了大规模示范，截至2011年，全美大约有3000台燃料电池叉车，寿命达到了1.25万小时的水平。燃料电池叉车在室内空间使用，具有噪音低、零排放的优点。

2. 研究的基本内容与方案

主要进行燃料电池发电机的控制系统的研究，控制系统的好坏对燃料电池电堆的性能、安全和寿命具有决定性影响。燃料电池发动机控制系统的管理，是从系统集成和整体的角度，控制和优化燃料电池电堆发电的过程。将燃料电池发动机各子系统进行完善的管理，最大的限度的发挥电堆的效率，提高能源的利用率，改善整个电动汽车动力系统的性能。所研究的工作具体概括起来有以下几点内容：

首先对燃料电池汽车核心部件燃料电池发动机展开系统设计，然后对燃料电池发电系统控制器进行软硬件具体设计。分析功能需求，确定输入输出信号需求，选择嵌入式开发芯片。设计控制器原理图，并进行pcb。最后完成底层驱动程序编程与调试，并进行控制软件编程。

（1） 研究整车硬件控制系统，建立一套燃料电池发动机控制系统，实现对包括氢气供给子系统、空气供给子系统、增湿子系统、冷却子系统的设计。讨论各模块的结构及功能。分析燃料电池的特性与优势，讨论燃料电池汽车的特点、类型与整体结构等。重点研究质子交换膜燃料电池汽车的基本结构。研究并提出燃料电池汽车整车控制系统总体方案。

3. 研究计划与安排

第一周、查阅文献资料，了解燃料电池发电系统运行原理和基本研究方法。

第二周、撰写并完成开题报告，翻译与本课题相关的英文资料。

第三周、修改外文翻译、完善开题报告，进行开题答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]何彬,华剑锋,李建秋, 等.燃料电池汽车整车控制器仿真测试平台研究[j].系统仿真学报,2005,17(7):1694-1698. doi:10.3969/j.issn.1004-731x.2005.07.043.

[2]华剑锋,何彬,章健勇, 等.燃料电池汽车整车控制器硬件在环实时仿真测试平台设计[j].电子技术应用,2007,33(4):8-11. doi:10.3969/j.issn.0258-7998.2007.04.004.

[3]郭孔辉,靳鹏,张建伟.基于mc9s12dp256的燃料电池电动汽车整车控制器硬件研制[j].电子技术应用,2007,33(6):28-30. doi:10.3969/j.issn.0258-7998.2007.06.011.