【摘 要】
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随着我国现代化建设不断地推进和人们生活质量提高,各行各业需求电量随之上升。为了防止市电断电造成经济损失,多数企业对备用电源的购买日益增加。随着能源危机、环境污染等问题的出现,新能源电源在与传统备用电源的竞争中脱颖而出。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于无污染、低噪声、能源利用率高等优点,更是成为了备用电源领域的重点研究方向。基于前人对PEMFC备用电源的研究和大量的市场应用案例,本文开展了对
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随着我国现代化建设不断地推进和人们生活质量提高,各行各业需求电量随之上升。为了防止市电断电造成经济损失,多数企业对备用电源的购买日益增加。随着能源危机、环境污染等问题的出现,新能源电源在与传统备用电源的竞争中脱颖而出。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于无污染、低噪声、能源利用率高等优点,更是成为了备用电源领域的重点研究方向。基于前人对PEMFC备用电源的研究和大量的市场应用案例,本文开展了对空冷PEMFC备用电源的研发工作。本文提出了空冷PEMFC备用电源系统方案,并针对空冷PEMFC电堆控制方法进行了研究,设计了PEMFC备用电源系统硬件电路与软件程序,完成了对备用电源样机的设计与测试。测试结果表明,PEMFC备用电源样机运行稳定、性能良好并且控制策略实用、有效,达到了系统的设计目标与要求。本文的主要研究成果如下:（1）设计了一套空冷PEMFC备用电源系统方案。根据设计目标与要求,在方案中完成了对燃料电池备用电源系统拓扑结构的选型与设计、PEMFC备用电源系统结构与系统单元设计、氢气供给系统设计。（2）基于测试平台进行了PEMFC输出特性、最优温度、启动研究实验,完成了对备用电源系统中的空冷PEMFC的控制进行了研究。在PEMFC输出特性实验中,发现启动初期需要对PEMFC温度进行合理控制,否则会造成PEMFC性能下降甚至损坏;经过PEMFC最优温度实验,得到了不同输出电流下的运行温度,并对数据拟合得到了PMEFC的输出电流与最优运行温度的关系式;考虑到PEMFC启动时最优温度控制可能存在温度超调过大的风险,故进行启动控制策略实验研究。实验结果发现功率能够稳定上升,且温度得到实时控制。（3）根据设计的空冷PEMFC备用电源系统方案和控制策略,进行了系统的硬件电路、软件程序设计,并绘制出备用电源样机三维结构图,以此进行了样机组装,研制出空冷PEMFC备用电源样机。（4）完成了空冷PEMFC备用电源样机测试。测试结果表明,样机控制策略合理、有效,运行稳定、可靠且性能良好。
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