質子交換膜燃料電池控制策略研究.pdf

1、從宇宙誕生、地球形成到人類的出現(xiàn)、進化、發(fā)展，能源一直扮演著極其重要的角色。隨著社會經濟的不斷進步，嚴峻的環(huán)境問題越來越成為擺在人們面前的一個亟待解決的重要議題。世界各國都已經并且持續(xù)投入大量的資源對清潔、綠色能源進行學術研究和產品開發(fā)。作為氫能領域代表的質子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)技術以其低排放、高效率、結構簡單等優(yōu)勢尤其受到青睞。但PEMFC也因其內部電化學反應的高度

2、非線性過程而存在著強耦合性、大滯后性、約束性、不確定性和隨機干擾等特點，具體表現(xiàn)為受外界環(huán)境和操作條件因素影響大、輸出電壓不穩(wěn)定、輸出特性較軟、響應速度慢、需要對外進行排水操作(Purge)、易發(fā)生氫氣泄露等不足之處。因此對其商業(yè)化前景和應用推廣造成了較大阻礙，需要探索和研究其特性，基于此設計并選擇更合適的控制策略，揚長避短，最終開發(fā)研制出適合商業(yè)化推廣的產品，真正為人類社會發(fā)展服務。
　　 本文通過對PEMFC所做的單體電池電

3、壓分布和不同風扇系統(tǒng)的流速與功耗平衡分析實驗，得出通過單體PEMFC電壓分布可以檢驗和判斷電堆是否符合設計要求，并在運行過程中對其進行實時監(jiān)測、定位性能欠佳的單體電池以進行控制策略上的調整的結論，提出流過燃料電池陰極的空氣流速和風扇系統(tǒng)功耗之間存在著一個平衡的觀點。設計了一種外部控制策略，使PEMFC系統(tǒng)擺脫了對外排水（Purge）的束縛。
　　 為了全面、完整的掌握陰極風扇系統(tǒng)對PEMFC的影響，通過大量針對風扇系統(tǒng)的實驗，得

4、出當風扇工作在“吸”模式下，電池的表面工作溫度分布和空氣流量分布更均勻且性能更好，電池表面工作溫度分布與流過電池陰極的空氣流量分布具有一致性的觀點。設計了一種在外接負載變化時針對陰極風扇系統(tǒng)的控制策略，達到僅需對陰極風扇進行調節(jié)便可在不同負載條件下實現(xiàn)對外輸出性能最優(yōu)的目標。
　　 設計建立PEMFC動態(tài)多輸入多輸出模型并在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下進行仿真，證實該系統(tǒng)可以模擬燃料電池的瞬態(tài)響應性能并保證電池外接負