燃料电池监测诊断系统设计开题报告

全文总字数：2896字

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源是人类文明前进的动力，现如今随着全球的能源短缺问题越来越严峻，以传统化石能源为燃料已逐渐不能满足当前人类社会生产生活的需要，对可再生能源有着迫切的需求。因此，各国研究人员在不断提高现有的动力设备的能源利用效率的同时，也开始进一步挖掘自然界中可以被利用的能量，如风能、潮汐能、太阳能、生物质能等各种能源都开始进入社会生产的各个领域。同时人们的环保意识也越来越强，世界各地陆续颁布了更加严苛的排放法规，以促使高污染高排放的能源设备被淘汰，促进能源产业向着清洁能源的方向发展。清洁能源的迅速发展，为改善日益加重的环境污染问题起到了积极重要的作用[1-2]。

新的能源利用技术将不断地被开发并利用起来，燃料电池就是一种潜力巨大的新能源。燃料电池是一种将氢燃料和氧化剂的化学能通过电极反应直接转化为电能的装置。质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有低温快速起动、能量转换效率高、环境友好、比功率高的特点，已成为能源领域研究的热点之一。而氢能是一种可再生能源资源，可通过多种方式制备氢气，取之不尽，用之不竭。因此，燃料电池对解决能源短缺和环境污染两大世界难题具有重要意义。PEMFC的基本结构主要由阳极、阴极、电解质和外电路组成，其电解质将电池分隔成阴极和阳极两部分。阳极的氢气在催化剂的作用下降低活化能，离解成氢离子和电子；氢离子通过质子交换膜向阴极流动，在阴极与氧分子发生还原反应生成水。这个过程中，阳极的电子可以通过外电路流向阴极，从而产生电能[3-4]。但PEMFC的实际结构是一个相对复杂的系统，它由燃料电池堆、辅助系统（包括氢气供给系统、空气供给系统、加湿系统、热管理系统）及控制系统组成。随着计算机仿真技术的发展，国内外研究者已经对燃料电池模型做了大量工作，而建模仿真技术也成为了燃料电池研发的重要手段。通过对质子交换膜燃料电池进行建模仿真，以掌握电池内部的反应过程，利用传感器采集相关信号并通过调整燃料电池的空间参数等等来预测燃料电池的性能。同时可以借助建立的燃料电池模型来分析燃料电池的各个工作过程，为燃料电池系统的设计和性能优化提供指导[8-10]。

2. 研究的基本内容与方案

燃料电池是未来清洁能源的良好解决方案，为提高燃料电池系统的可靠性，使燃料电池系统安全高效、长时间地运行，需要对燃料电池发动机的各系统状态进行实时监控，记录实验数据，分析其运行特性，并进行燃料电池故障诊断与健康管理系统的设计，为燃料电池的应用提供依据。

本毕业设计主要工作内容：

1、 首先查阅资料学习燃料电池系统的总体构成和特点，理解燃料电池控制系统的原理和组成；

3. 研究计划与安排

2020.3.1 、开题报告

2020.3.29、文献阅读及翻译

2020.4.15、燃料电池原理与建模学习

4. 参考文献（12篇以上）

[1]. 王家恒与韩震, 中国氢燃料电池技术发展现状及趋势. 汽车实用技术, 2019(22): 第20-23页.

[2]. 徐创, 王建成与卫东, 基于labview与can总线通讯的燃料电池监控系统设计. 电源技术, 2018. 42(07): 第1015-1017页.

[3]. 奥海尔（美），《燃料电池基础》电子工业出版社，2007