燃料电池发动机故障诊断研究

武汉理工大学硕士学位论文燃料电池发动机故障诊断研究姓名：全睿申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈启宏20090501燃料电池发动机故障诊断研究作者：全睿学位授予单位：武汉理工大学相似文献(10条)1.期刊论文侯中军.甘全.马由奇.林业发.王克勇.燕希强.林斌.明平文.HOUZhongjun.GANQuan.MAYouqi.LINYefa.WANGKeyong.YANXiqiang.LINBin.MINGPingwen客车用燃料电池发动机耐久性研究-机械工程学报2010,46(6)燃料电池发动机的耐久性是目前燃料电池汽车应用的关键技术问题之一.通过对客车动力平台用燃料电池发动机在实际道路运行数据的分析,以及燃料电池单堆在实验室条件下的耐久性测试结果的对比,研究目前燃料电池发动机的耐久性.新源动力开发的燃料电池发动机在客车实际运行条件下累计达到1500h,客车行驶里程累计20000km,在常用工况点(120A)性能衰减速度45μV/h,总体衰减不到7%;另一方面,实验室条件下进行单电堆1000h动态寿命考核,电堆表现出良好的耐久性,性能衰减速度为12μV/h.通过对两项结果的对比分析,认为燃料电池发动机中支持系统能力不足是其性能下降速度相对较快的重要原因,通过对支持系统能力的优化提高,可以提升燃料电池发动机的耐久性.2.会议论文秦敬玉.山东大学材料科学与工程学院(济南).毛宗强.徐鹏.谢晓峰.徐景明氢氧质子交换膜燃料电池汽车的初步模拟与分析2002燃料电池汽车作为交通运输方面能源和环境问题的解决方案,很有发展前景.对清华大学18KW氢氧质子交换膜燃料电池中巴车采用简单物理模型,在燃料电池+辅助电池混合动力、纯电池和纯燃料电池三种发动机配置下进行模拟,并在欧洲十五工况城市循环试验标准下进行分析.结果表明,在此试验标准下,18kW燃料电池不能满足要求,需增大燃料电池的功率至65kW;纯电池动力方案的续行驶里程短,也不能投入实用,而混合动力配置是可行的.3.学位论文程钦燃料电池发动机加湿技术数值仿真和实验研究2006本论文的研究来源于国家863计划电动汽车重大专项课题。论文以国内外一些企业、高校、研究所等对燃料电池加湿技术的研究为基础，参考了几种加湿方案，比较各自的优缺点，最终将焓轮加湿器作为本文的研究对象。在研究方法上，采用理论与实验相结合，本文作者一方面设计、加工了一个焓轮加湿器，并在同济大学燃料电池发动机系统匹配测试试验台上完成了焓轮加湿器的实验研究工作；另一方面，作者建立了焓轮加湿器数学—物理仿真模型，开发了燃料电池发动机用焓轮加湿器的仿真计算程序，并对焓轮加湿器进行了仿真计算。最后，将实验结果与仿真结果对照，验证了焓轮加湿器数学—物理仿真模型的正确性与准确性。接着，利用仿真模型模拟焓轮加湿器加湿特性，得到了焓轮加湿器的一些加湿规律。本文作者参与了同济大学燃料电池发动机系统匹配测试试验台的方案设计、工程设计、加工、安装、调试及试验工作。该大功率、多工况燃料电池发动机系统匹配测试平台在国内尚属首次。目前，国内关于燃料电池加湿技术，特别是考虑到燃料电池汽车实际使用工况加湿技术的研究几乎是一片空白。本论文中利用燃料电池发动机系统匹配测试平台对焓轮加湿器进行了全面的试验研究，在国内尚属首次，同时，本文建立的焓轮加湿器数学—物理仿真模型也为燃料电池发动机焓轮加湿器的理论研究奠定了理论基础。论文共分七章，主要研究内容如下：第一章引言介绍了本课题的研究背景及意义，接着提出燃料电池的概念，并讲述燃料电池的优点，然后对燃料电池汽车用质子交换膜型燃料电池做了更深层次的描述，并回顾了其国内外的发展历程。最后引出本文的研究目的和内容。第二章详细说明了质子交换膜中的水传递机理，既然本论文要研究燃料电池加湿技术，则必然先要弄清楚水分在质子交换膜中是如何传递的，在弄清楚这一问题之后，本文作者对于国内外提出的多种加湿方法一一作了介绍，其中包括：内增湿、鼓泡法加湿、液态水喷射加湿、湿膜加湿、中空纤维加湿、焓轮加湿、自增湿等。第二章介绍完每种加湿方法的原理之后，第三章中作者对这一系列加湿方法做了性能优劣对比，由于焓轮加湿器具有其独特的优点，使得焓轮加湿器在燃料电池汽车上应用成为可能。考虑到焓轮加湿器是一个全新的产品，在本章最后对焓轮加湿器的原理、主要零部件作了详细的说明，并介绍了作者设计焓轮加湿器的思路。第四章是焓轮加湿器的实验研究。首先详细介绍了焓轮加湿器实验所用的燃料电池发动机系统匹配与测试试验台。对试验台的功能及各个子系统作了全面的说明。接着详细讲述了焓轮加湿器的实验，包括实验目的、实验设备、实验原理、实验方法等，同时列出了实验结果，并对实验结果进行了数据处理和分析，得出了焓轮加湿器的加湿特性。第五章是焓轮加湿器的理论研究。首先介绍建立仿真模型的目的和焓轮加湿器的数学—物理模型，研究了模型的求解方法。本文采用有限差分法求解仿真模型，利用有限差分法将偏微分方程组转化为代数方程组，然后用数值法求解。利用本文作者编制的仿真模型对实验工况的焓轮加湿器进行了仿真计算，得出了加湿量和加湿空气出口温度仿真结果，仿真结果与实验数据吻合的较好。充分说明了，本文建立起来的焓轮加湿器数学－物理仿真模型是可行的，并且是准确的。在第五章已经验证了焓轮加湿器数学—物理仿真模型是正确的基础上，第六章即要发挥焓轮加湿器数学—物理仿真模型的作用，利用此仿真模型模拟焓轮加湿器的加湿特性。从仿真模拟结果得出了焓轮加湿器的一些加湿规律。第七章是对本论文的总结，并指出焓轮加湿器需要进一步完善和开展的研究内容。关键词：燃料电池汽车质子交换膜加湿焓轮加湿器数学—物理仿真模型4.期刊论文徐斌.倪淮生.乐伟.赵阳车用燃料电池发动机水平衡系统设计-上海汽车2008(3)车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机已逐渐开始发展,其水平衡系统已成为需要解决的关键技术之一.文章参考国内外的技术成果和方法,阐述水平衡系统对于车用PEMFC发动机的重要意义,并提出水平衡系统的设计方法.5.学位论文熊茜基于神经网络的燃料电池发动机故障诊断系统设计2010燃料电池发动机作为燃料电池汽车的重要组成部分之一，其性能及可靠性直接决定整车性能。由于发动机工作在封闭的空间内，而且工作环境较为恶劣，在运行过程中容易发生故障。深入研究燃料电池发动机运行特性，建立其故障诊断模型，对提高燃料电池汽车的可靠性具有重要意义。论文以此为背景，研究基于神经网络的燃料电池发动机故障诊断系统，主要研究内容如下：br　　在分析燃料电池发动机的系统结构、探讨影响其输出性能的主要因素的基础上。结合燃料电池发动机的工作原理及实验数据对发动机进行故障分析，将其分为燃料电池发动机性能型故障和系统型故障二大类，并将发动机故障按严重级别进行了分级，列举了各级典型故障及相应的处理措施。br　　由于燃料电池发动机具有非线性，非平稳性及不确定性等特点，无法用传统的解析模型故障诊断方法得出精确诊断结果。本文提出了一种基于神经网络的故障诊断方法，并探讨了各种改进型BP算法的优劣及适用情况。针对发动机的不同子系统建立BP网络故障诊断模型，获取初始的诊断知识运用于发动机运行过程中的故障诊断。br　　针对自主研发的燃料电池发动机系统，设计了燃料电池故障诊断专家系统软件，在对系统软件进行需求分析的基础上，对软件功能模块进行了划分，包括通讯接口模块、实时监测模块、故障诊断模块、神经网络自学习模块及数据库管理模块，实现了发动机运行状态的监测、实时及历史数据查询、报警显示、常见故障判断以及定位分析等功能，同时该系统还可离线诊断。br　　通过现场实验模拟故障对故障诊断模型及诊断软件进行了验证，诊断正确率较高，可见该软件可以准确地对发动机故障进行定位及给予维修指导意见，且其采用模块化设计方法，重用性较高，在需求发生变化时，程序修改难度较低。6.期刊论文宫学大燃料电池汽车向我们驶来--访中科院大连化物所燃料电池工程中心总工程师衣宝廉-中国机电工业2002(8)汽车工业是我国的支柱产业之一,随着国民经济持续高速发展,汽车进入家庭成为趋势,我国汽车工业将面临跨越式发展的机遇,同时也面临着环境污染和石油资源匮乏两大难题.燃料电池汽车的等效燃油经济性将高于现在的汽柴油车,而且不产生污染,为汽车工业展示了光明的未来.目前燃料电池汽车在国内仍处于产业化初期准备阶段,尚未形成新的工业体系.在燃料电池发动机及氢源领域,我国与国外处于相近的起跑线.中科院及时开展的燃料电池发动机技术开发项目,将为我国汽车产业在新世纪切入国际先进水平,实施跨越式发展提供难得的机遇.7.学位论文庄鸣曦燃料电池发动机特性初步分析及建模2007随着能源危机和环保问题的日益加重，零排放、高效率的燃料电池汽车的发展越来越受到人们的关注。作为燃料电池汽车的核心部件，燃料电池发动机更是人们关注的重点。在近十年中，燃料电池发动机的技术得到了飞速发展，人们对燃料电池发动机特性的研究也越来越深入。在燃料电池发动机特性研究中，试验和建模是必不可少的环节。本文的研究就是基于这两方面所展开的。对试验环节中所产生的大量试验数据进行分析处理是一项工作量很大且极为繁杂的工作。本文基于Matlab下的GUI模块，编写了一个可人机对话的燃料电池发动机特性分析工具，该工具能直接利用试验数据，将其转化为形象化图形，以简化试验数据的处理工作。燃料电池发动机特性研究的另一个关键则是建模。建立合适的半经验模型是燃料电池发动机研究的一种主要手段。对于燃料电池发动机而言，一般只需建立起电堆电压、辅助功率和氢耗量三个半经验模型便可推导出其它的外特性曲线。本文在已有国内外模型的基础上，重新建立或加以修正，建立了可以描述燃料电池堆电压瞬时突变的动态电压半经验模型、能同时兼顾辅助系统功率各级电流区域稳态特性及动态特性的辅助系统半经验模型和可以反映氢耗量滞后特性的动态氢耗量半经验模型，同时在这三个半经验模型的基础上，根据各个外特性之间存在的物理关系，推导出其它外特性半经验模型。这些模型不仅能够反映出各个外特性的稳态变化过程而且能够反映出它们的动态变化过程，且形式简单、参数易得到、使用方便。8.期刊论文张冰战.赵韩.张炳力.朱可.ZhangBingzhan.ZhaoHan.ZhangBingli.ZhuKe超级电容与燃料电池发动机混合动力系统测试研究-汽车技术2008(4)构建了包括混合动力系统、负载系统、数据采集系统及控制系统的超级电容与燃料电池混合动力系统测试平台,并对该系统进行了测试试验.测试结果表明,道路仿真软件RLS能有效模拟实际道路工况;超级电容可弥补燃料电池发动机的缺陷;CAN总线技术采集设备的使用提高了数据采集系统的可靠性.该混合动力系统测试平台为燃料电池汽车的开发提供了试验手段.9.学位论文徐晓明燃料电池发动机温度控制的建模与分析2006以质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为动力的汽车若想全面取代传统汽车，那么其不仅要在环保和能源上独树一帜，而且在性能和可靠性上也要能与传统汽车匹敌。燃料电池发动机(FCE)作为燃料电池汽车的核心动力，从其工作方式和控制方法上看，要达到传统汽车的性能和可靠性要求并不是一件难事。重要的是必须要有一个合适的开发平台和在此基础上各种智能控制方法的积累，为今后燃料电池汽车的进一步发展奠定坚实的基础。在当前的研究条件下，要建立一个以燃料电池发动机硬件为基础的开发平台尚有很大的难度，还需要做不少的准备工作。同时目前关于PEMFC的数学模型大多数是稳态的，没有考虑到时间和工作条件变化的影响。这些模型往往侧重于单电池或电堆的工作机理，对电堆参数的准确性要求甚高，同时过于烦杂，并不适合对FCE温度控制的研究。本文结合同济大学承担的燃料电池轿车和上海神力科技承担的燃料电池发动机项目，绕开FCE系统的内部复杂性，将神经网络辨识方法应用到FCE非线性系统的温度控制建模，建立一个以软件仿真为基础的开发平台，并用仿真结果证实了分析和建模的合理性。燃料电池发动机高效可靠运行的决定因素，除燃料电池本身的制造工艺以外，控制系统也