质子交换膜燃料电池系统设计

质子交换膜燃料电池系统设计质子交换膜燃料电池系统设计质子交换膜燃料电池系统是一种功率调节设备，已广泛应用于电脑、医疗/生命维持系统、电信、工业控制等领域。它的主要功能是持续以高质量的功率供给负载。一个高性能燃料电池系统应该有一个线性和非线性负载的较低总谐波失真、效率高、可靠性好、突发电网故障和负载改变时的快速瞬态响应的净输出电压[1]。伴随着个人电脑和互联网的普及，低容量燃料电池产品将在工业领域和国内市场进一步增长。由于国际市场的高度竞争，许多先进的技术，例如更高的功率密度、更高的效率、智能化控制被应用在质子交换膜燃料电池系统中。1质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池由一个负充电电极(阳极)、一个正充电电极(阴极)和一个电介质膜组成[2]。氢气在阳极氧化，氧气在阴极还原。质子通过电解质膜从阳极传送至阴极，电子经外部电路负载传送。在阴极上，氧气与质子和电子发生反应，产生水和热。原理图如图1所示，电极上的各化学反应如下：2燃料电池控制器的硬件设计硬件的设计首先必须满足系统的要求才能实现有效的控制。由于燃料电池控制系统的组成比较复杂，采用单一的控制单元实现所有的功能存在连线复杂、控制单元负载率过高等缺点。因而可以根据实现功能和安装位置的不同进行功能模块划分，实现分布式控制。燃料电池控制器主要由以下几个部分组成[4]：燃料电池系统的主控制单元、燃料电池堆的电压检测单元、监控模块单元和显示模块。燃料电池控制器结构框图如图2所示。主控制单元作为控制系统的核心，其主要功能是：接收其他功能模块的数据，对发电系统的工作状态做出判断，根据当前发电系统的工作参数控制其工作在最佳状态。2.1主控芯片本次燃料电池控制系统采取PIC16F876A-I/SP作为主控芯片[5]，该芯片采用的是哈佛结构，其工作频率可达20MHz，片内