基于MATLAB燃料电池半实物仿真系统设计

基于MATLAB燃料电池半实物仿真系统设计燃料电池作为一种新兴环保发电方式,对缓解能源危机具有重大意义。燃料电池电堆安全可靠、高效率地运行需要高性能的控制系统,而开发燃料电池控制系统存在开发周期长、调试过程复杂等问题。

针对这一难题,本文搭建了基于MATLAB的燃料电池半实物仿真平台,将半实物仿真的应用扩展到燃料电池的研究领域,可以缩短开发周期以及节省研制成本,为燃料电池的研发工作创造更有利的条件。本文概述了课题的背景资料、研究意义,探讨了半实物仿真和燃料电池建模等方面的最新国内外研究现状,从工作原理与系统结构的角度介绍燃料电池的特性,以及燃料电池各子系统的工作情况。

根据燃料电池系统工作原理和结构特点,结合机理模型和经验模型的方法,基于MATLAB建立了燃料电池的单片电压模型及燃料电池子系统(空气供给系统、氢气供给系统、冷却系统)的动态模型。采用CSerialPort串口编程工具实现了控制器与上位机之间的串口通信,提出了Simulink模型与外部接口的解决方案,即RTW/Real-Time Windows Target单机型实时方式,实现了Simulink模型与实物的实时通信。

采用本文构建的基于Real-Time Windows Target实时内核环境下燃料电池半实物仿真系统,在不同的工作条件下对实际燃料电池的测试结果和半实物仿真系统的仿真结果进行对比,仿真结果表明燃料电池半实物仿真平台不受硬件设备及环境等因素的影响,可以模拟一些极限工况,缩短了燃料电池控制器的开发周期,节省研制成本。