質(zhì)子交換膜燃料電池具有操作溫度低、啟動快、零污染等優(yōu)點,可以應(yīng)用在分散式供電、移動設(shè)備、新能源汽車等眾多領(lǐng)域。在過去的二十年里,得到了研究人員的廣泛關(guān)注。本文將結(jié)合先前研究人員的工作首先對燃料電池進(jìn)行仿真分析,然后對燃料電池的模型參數(shù)和操作條件等進(jìn)行優(yōu)化,最后在此基礎(chǔ)上設(shè)計了燃料電池的監(jiān)測平臺。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,簡單介紹了研究的背景意義,并對燃料電池的原理、特點和應(yīng)用做了說明。其次,結(jié)合先前工作人員對燃料電池的研究,利用MATLAB/SIMULINK分別建立了電化學(xué)穩(wěn)態(tài)模型和電壓動態(tài)模型,然后利用該模型對燃料電池的輸出性能做了仿真分析,通過調(diào)節(jié)溫度、壓強(qiáng)和濕度等參數(shù),研究各參數(shù)對燃料電池的輸出性能的影響。再次,利用智能優(yōu)化算法分別對燃料電池的模型參數(shù),操作條件等進(jìn)行優(yōu)化。利用LDW-PSO(Linearly Decreasing Inertia Weight Particle Swarm Optimization)優(yōu)化算法對燃料電池的模型參數(shù)做了進(jìn)一步的優(yōu)化,并利用優(yōu)化后的模型與實際實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析,得到的仿真數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)吻合程度較高,表明了利用優(yōu)化算法對模型參數(shù)優(yōu)化的可行性;同時利用LDW-PSO優(yōu)化算法對燃料電池的操作條件做了優(yōu)化,求解出了分別使燃料電池功率和效率最大化的操作條件。針對燃料電池的開銷和效率這一多目標(biāo)優(yōu)化問題,一種方法是將該多目標(biāo)優(yōu)化問題通過設(shè)置權(quán)重轉(zhuǎn)化成單目標(biāo),利用LDW-PSO優(yōu)化算法進(jìn)行解決,得到了不同權(quán)重下的最優(yōu)解組合;另一種方法是利用SMODE(Summation Based Multi-objective Differential Evolution)多目標(biāo)優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化,并將結(jié)果與NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II)算法的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對比,表明了該算法在解決這一多目標(biāo)優(yōu)化算法問題上的可行性與優(yōu)越性。最后,基于LabVIEW對燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)測平臺的設(shè)計。該平臺主要包括用戶管理模塊、仿真系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊和數(shù)據(jù)管理模塊等。仿真測試結(jié)果表明,各模塊都能良好運行,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計需求。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TM911.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池
        1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理
        1.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的特點
        1.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的應(yīng)用
    1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池研究現(xiàn)狀
    1.4 論文結(jié)構(gòu)安排
2 質(zhì)子交換膜燃料電池的建模及仿真分析
    2.1 模型的建立
        2.1.1 電化學(xué)穩(wěn)態(tài)模型
        2.1.2 電壓動態(tài)模型
    2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的仿真分析
        2.2.1 電化學(xué)穩(wěn)態(tài)模型仿真分析
        2.2.2 電壓動態(tài)模型仿真分析
    2.3 本章小結(jié)
3 質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)化
    3.1 模型參數(shù)優(yōu)化
        3.1.1 粒子群優(yōu)化算法
        3.1.2 模型參數(shù)優(yōu)化問題描述
        3.1.3 實驗設(shè)置及結(jié)果分析
    3.2 最佳操作條件優(yōu)化
        3.2.1 最佳操作條件優(yōu)化問題描述
        3.2.2 實驗設(shè)置及結(jié)果分析
    3.3 開銷和效率的多目標(biāo)優(yōu)化
        3.3.1 多目標(biāo)優(yōu)化問題描述
        3.3.2 基于LDW-PSO算法的優(yōu)化問題解決
        3.3.3 基于SMODE算法的優(yōu)化問題解決
    3.4 本章小結(jié)
4 質(zhì)子交換膜燃料電池的監(jiān)測平臺設(shè)計
    4.1 用戶登錄系統(tǒng)
    4.2 仿真系統(tǒng)
    4.3 監(jiān)測系統(tǒng)
        4.3.1 數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計
        4.3.2 數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計
        4.3.3 優(yōu)化模塊設(shè)計
        4.3.4 監(jiān)測平臺主界面設(shè)計
    4.4 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
        4.4.1 數(shù)據(jù)庫連接功能設(shè)計
        4.4.2 查詢和刪除功能設(shè)計
    4.5 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果

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本文編號：2891769