質(zhì)子交換膜燃料電池供氣系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有功率密度高、工作溫度低、發(fā)電效率高和無污染等顯著特點(diǎn)，受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。開展質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制研究是保持和提高質(zhì)子交換膜燃料電池工作性能的重要途徑，也是當(dāng)前質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方向。本文主要針對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中供氣系統(tǒng)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池性能與系統(tǒng)輸出功率的影響及現(xiàn)有常用控制算法在應(yīng)用到

2、供氣系統(tǒng)控制中存在的一些問題進(jìn)行了研究，并提出了改善供氣系統(tǒng)與系統(tǒng)輸出功率特性的控制策略和優(yōu)化算法，取得了好的控制效果。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 首先，介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)控制的研究意義和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。描述了質(zhì)子交換膜燃料電池電堆電壓模型、陽極和陰極供氣系統(tǒng)模型。建立了質(zhì)子交換膜燃料電池SIMULINK仿真模型，并分析了在負(fù)載電流發(fā)生變化和反應(yīng)氣體供應(yīng)量變化的情況下，供氣系統(tǒng)對(duì)PEMFC性能的影響，提出了具體的

3、控制目標(biāo)。
　　 應(yīng)用PI&PID-模糊控制方法和單自適應(yīng)模型的廣義預(yù)測(cè)控制方法對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)氣體供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了控制，討論了控制效果。在負(fù)載電流波動(dòng)下，通過對(duì)氫氣和空氣的進(jìn)氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，穩(wěn)定電極內(nèi)部氣體壓力、提高供氣系統(tǒng)和PEMFC系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)定質(zhì)子交換膜兩側(cè)壓力差、調(diào)節(jié)氧氣化學(xué)計(jì)量比和提高PEMFC系統(tǒng)有效輸出功率。仿真實(shí)驗(yàn)表明，PI&PID-模糊控制方法具有較好的穩(wěn)態(tài)控制特性，但是調(diào)節(jié)響應(yīng)速度較慢;廣義預(yù)測(cè)

4、控制算法調(diào)節(jié)速度較快，但是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程魯棒性較差。
　　 針對(duì)上述PI&PID-模糊控制方法響應(yīng)速度較慢、傳統(tǒng)廣義預(yù)測(cè)控制動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程魯棒性差的缺點(diǎn)，提出了基于多模型切換的階梯式JGPC控制算法，并進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，該算法取得了好的控制效果:在穩(wěn)定性和魯棒性方面優(yōu)于單自適應(yīng)模型GPC;在控制響應(yīng)速度方面，則優(yōu)于PI&PID-模糊控制算法。在論文最后，提出了柔化系數(shù)在線調(diào)整的多模型切換改進(jìn)廣義預(yù)測(cè)控制，以改善質(zhì)子交換膜