质子交换膜燃料电池的优化研究及监测平台设计

发布时间：2020-11-20 17:42

　　 质子交换膜燃料电池具有操作温度低、启动快、零污染等优点,可以应用在分散式供电、移动设备、新能源汽车等众多领域。在过去的二十年里,得到了研究人员的广泛关注。本文将结合先前研究人员的工作首先对燃料电池进行仿真分析,然后对燃料电池的模型参数和操作条件等进行优化,最后在此基础上设计了燃料电池的监测平台。本文的主要研究内容如下:首先,简单介绍了研究的背景意义,并对燃料电池的原理、特点和应用做了说明。其次,结合先前工作人员对燃料电池的研究,利用MATLAB/SIMULINK分别建立了电化学稳态模型和电压动态模型,然后利用该模型对燃料电池的输出性能做了仿真分析,通过调节温度、压强和湿度等参数,研究各参数对燃料电池的输出性能的影响。再次,利用智能优化算法分别对燃料电池的模型参数,操作条件等进行优化。利用LDW-PSO(Linearly Decreasing Inertia Weight Particle Swarm Optimization)优化算法对燃料电池的模型参数做了进一步的优化,并利用优化后的模型与实际实验数据进行了仿真分析,得到的仿真数据与实验数据吻合程度较高,表明了利用优化算法对模型参数优化的可行性;同时利用LDW-PSO优化算法对燃料电池的操作条件做了优化,求解出了分别使燃料电池功率和效率最大化的操作条件。针对燃料电池的开销和效率这一多目标优化问题,一种方法是将该多目标优化问题通过设置权重转化成单目标,利用LDW-PSO优化算法进行解决,得到了不同权重下的最优解组合;另一种方法是利用SMODE(Summation Based Multi-objective Differential Evolution)多目标优化算法进行优化,并将结果与NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II)算法的优化结果进行对比,表明了该算法在解决这一多目标优化算法问题上的可行性与优越性。最后,基于LabVIEW对燃料电池系统进行了监测平台的设计。该平台主要包括用户管理模块、仿真系统模块、数据监测模块和数据管理模块等。仿真测试结果表明,各模块都能良好运行,达到了预期的设计需求。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TM911.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 质子交换膜燃料电池
        1.2.1 质子交换膜燃料电池的工作原理
        1.2.2 质子交换膜燃料电池的特点
        1.2.3 质子交换膜燃料电池的应用
    1.3 质子交换膜燃料电池研究现状
    1.4 论文结构安排
2 质子交换膜燃料电池的建模及仿真分析
    2.1 模型的建立
        2.1.1 电化学稳态模型
        2.1.2 电压动态模型
    2.2 质子交换膜燃料电池的仿真分析
        2.2.1 电化学稳态模型仿真分析
        2.2.2 电压动态模型仿真分析
    2.3 本章小结
3 质子交换膜燃料电池的优化
    3.1 模型参数优化
        3.1.1 粒子群优化算法
        3.1.2 模型参数优化问题描述
        3.1.3 实验设置及结果分析
    3.2 最佳操作条件优化
        3.2.1 最佳操作条件优化问题描述
        3.2.2 实验设置及结果分析
    3.3 开销和效率的多目标优化
        3.3.1 多目标优化问题描述
        3.3.2 基于LDW-PSO算法的优化问题解决
        3.3.3 基于SMODE算法的优化问题解决
    3.4 本章小结
4 质子交换膜燃料电池的监测平台设计
    4.1 用户登录系统
    4.2 仿真系统
    4.3 监测系统
        4.3.1 数据通信模块设计
        4.3.2 数据分析模块设计
        4.3.3 优化模块设计
        4.3.4 监测平台主界面设计
    4.4 数据管理系统
        4.4.1 数据库连接功能设计
        4.4.2 查询和删除功能设计
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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本文编号：2891769