基于光继电器燃料电池单片电压巡检系统设计

摘要：随着现代社会对能源的大量消耗,传统能源越来越不能满足人类日益增加的消耗需求,由此燃料电池作为新能源以其独特的节能环保优势被越来越多国家探讨。质子交换膜燃料电池是由很多节燃料电池串联而成,每片电池都影响着整个电堆的性能与安全,同时,检测燃料电池工作状态并找出其最佳工作条件延长其寿命也尤其重要。由此需要对每片燃料电池的输出电压值进行实时监测。本论文以燃料电池堆单片电压检测为探讨对象,进行了基于光继电器的燃料电池单片电压巡检系统设计探讨。主要探讨内容如下：根据燃料电池堆单片电压巡检系统的功能需求,结合巡检系统现场特殊的运用环境,提出了一种基于光电隔离继电器的燃料电池单片巡检系统总体设计案例,利用光电耦合继电器实现不同电池片电池切换,解决了传统电压采集方式中的累计电势不足,同时设计的电位提升单元有效解决了负压采集不足。在浅析质子交换膜燃料电池单片电池极化曲线和系统性能指标的基础上,完成了主以式单片电压巡检系统硬件设计,设计了巡检系统选通单元、高精度信号调理单元、负压测量单元和USB硬件接口电路,并分别详细浅析了它们的原理结构和工作特点。完成完成了下位机检测单元和主制约单元两部分软件设计。根据巡检系统车载的实际运用,制定了严格规范的通信运用层协议,对CAN和USB运用层协议制了详细阐述,并给出了相应的协议格式。给出了一种基于支持向量机电堆故障诊断检测策略。采取支持向量机的多分类器功能对燃料电池故障进行识别,依据最大间隔距离原则优化层次支持向量机模型,使每个节点的支持向量机具有最大分类间隔,优化了多级结构的SVM,实现了电堆故障的诊断识别。整个巡检系统采取主以式检测方式,可靠性高、可扩展性强,实现了对燃料电池堆单片电压的实时高精度检测。此系统已经在武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室50KW燃料电池测试平台上投入利用,获得了良好的测试效果。关键词：单片燃料电池论文电压检测论文光继电器论文巡检系统论文电压故障诊断论文

摘要4-5

Abstract5-7

目录7-9

第1章 概述9-15

1.1 引言9-10

1.2 课题探讨的作用与来源10-12

1.3 国内外探讨近况12-13

1.4 主要探讨内容13-15

第2章 巡检系统的总体设计15-22

2.1 燃料电池概述15-17

2.1.1 质子交换膜燃料电池电势论述16-17

2.1.2 质子交换膜燃料电池电压论述浅析17

2.2 巡检系统结构设计17-21

2.3 本章小结21-22

第3章 巡检系统硬件设计22-36

3.1 检测单元硬件设计22-31

3.1.1 硬件总体设计22-24

3.1.2 常用的电压测量策略24

3.1.3 选通单元设计24-27

3.1.4 信号调理单元27-30

3.1.5 负电压测量30-31

3.2 通讯单元硬件设计31-35

3.2.1 CAN总线数据采集模块设计31-33

3.2.2 USB接口电路33-35

3.3 本章小结35-36

第4章 巡检系统软件设计36-48

4.1 燃料电池单片巡检系统软件总体设计36-38

4.2 系统检测单元软件设计38-40

4.3 系统主控模块软件设计40-44

4.4 通信运用层协议44-47

4.4.1 CAN总线运用层协议44-45

4.4.2 USB运用层协议45-47

4.6 本章小结47-48

第5章 电堆故障诊断浅析48-58

5.1 故障诊断基本原理48-49

5.2 故障诊断数据征兆49-50

5.2.1 燃料电池故障征兆集49

5.2.2 燃料电池特点信息征兆集49-50

5.3 基于支持向量机的电堆故障诊断探讨50-54

5.3.1 支持向量机的基本原理50-52

5.3.2 多故障分类器的构建52-53

5.3.3 基于支持向量机的电堆故障诊断步骤53-54

5.4 实例浅析54-56

5.5 本章小结56-58

第6章 全文总结与展望58-60

6.1 全文工作总结58-59

6.2 展望59-60

致谢60-61