空间燃料电池热管理控制系统研究

发布时间：2022-10-20 19:16

　　空间电源是一切航天器正常运行的基础,为突破传统航天电源的局限,为航天器提供更加可靠和动力持久的电源一直是关注的焦点。随着我国空间站、月球基地和深空探测等计划的逐步展开,亟需研制高效稳定的空间电源。燃料电池由于其高比功率和高比能量、低温工作、可靠性高、安全无污染等优点,成为我国未来空间电源的一大发展趋势。本文针对空间燃料电池系统控制中的热管理部分进行了研究,通过建模仿真验证了温度控制方法的有效性,并完成了电控单元的软硬件设计,实现了对空间燃料电池进行温度控制。本文为空间燃料电池系统的研制提供了理论支撑,奠定了工程化基础。本文的结构框架如下:第一部分,首先介绍了空间燃料电池在宇航领域的重要作用,国外的应用研究的进展情况,总结了我国在空间燃料电池领域研究和应用的不足。接着分析了质子交换膜燃料电池作为空间燃料电池的优势及工作原理。最后介绍了地面应用的质子交换膜燃料电池热管理的研究进展,包括:温度模型的建立,控制策略及方法的选择。第二部分,分析了温度与空间燃料电池工作性能之间的影响,确定了空间燃料电池水冷的控制方案。第三部分,介绍了利用经验和机理模型,在MATLAB/Simulink中建立空间燃... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 质子交换膜燃料电池系统概述
        1.2.1 PEMFC特点
        1.2.2 PEMFC工作原理
    1.3 PEMFC热管理国内外研究现状
        1.3.1 PEMFC温度模型的研究
        1.3.2 PEMFC低温启动的研究
        1.3.3 PEMFC热管理控制策略及方法的研究
    1.4 课题主要研究内容
第2章 空间燃料电池热管理系统方案分析
    2.1 引言
    2.2 温度对空间燃料电池性能的影响
    2.3 空间燃料电池热管理技术
        2.3.1 热管理控制系统的要求及功能
        2.3.2 空间燃料电池温度确定方法
        2.3.3 热管理系统整体结构分析
    2.4 本章小结
第3章 空间燃料电池热管理系统建模
    3.1 引言
    3.2 空间燃料电池热管理系统概述
    3.3 空间燃料电池热管理模型建立
    3.4 热管理模型的仿真及验证
    3.5 本章小结
第4章 空间燃料电池热管理控制算法研究
    4.1 引言
    4.2 模糊控制的基本原理
        4.2.1 模糊控制器组成
        4.2.2 具有PID结构的模糊控制器
    4.3 模糊PID控制器设计
    4.4 热管理控制系统仿真及分析
    4.5 本章小结
第5章 空间燃料电池系统设计
    5.1 引言
    5.2 空间燃料电池系统组成
        5.2.1 空间燃料电池测控系统概述
        5.2.2 系统燃料供给
        5.2.3 热管理控制
        5.2.4 尾气排放
        5.2.5 故障报警
    5.3 空间燃料电池电控单元设计
        5.3.1 中央处理模块
        5.3.2 串行总线通信
        5.3.3 模拟量采集模块
        5.3.4 开关指令模块
        5.3.5 转速控制模块
    5.4 空间燃料电池电控单元软件设计
    5.5 空间燃料电池电控单元可靠性设计
        5.5.1 硬件抗干扰设计
        5.5.2 软件抗干扰设计
    5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3695146