質子交換膜燃料電池空氣供給系統(tǒng)建模與分析.pdf

1、質子交換膜燃料電池（PEMFC）是燃料電池電動汽車的主要動力源，包括冷卻系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、氫氣供給系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等五大系統(tǒng)?？諝夤┙o系統(tǒng)作為 PEMFC的重要組成之一，對燃料電池電堆性能有著重要的影響。由于空氣供給系統(tǒng)存在較強的非線性等特點，其建模與控制相對比較困難。為了提高空氣供給系統(tǒng)的響應速度，并且使燃料電池系統(tǒng)能夠在最佳工作狀態(tài)下運行，本文對 PEMFC空氣供給控制系統(tǒng)進行建模，并予以分析。主要研究內容及成果如下：

2、r>　　首先介紹了 PEMFC電堆的工作原理，分析了其建模情況，建立了相應的機理模型，使用MATLAB/SIMULINK對基于機理模型的KW級電堆的黑箱模型進行了仿真分析，分析結果表明采用 PID控制的 KW級電堆黑箱模型反應速度較快，抗干擾能力也比較好，基本可以滿足電堆的建模要求。同時利用硬件仿真平臺對基于黑箱模型的 KW級電堆的輸出電壓、電流之間進行了追蹤仿真，仿真結果表明該黑箱模型在硬件仿真平臺上也能夠滿足實現(xiàn)硬件仿真的要求。

3、r>　　在 PEMFC發(fā)動機平穩(wěn)運行時，空氣供給系統(tǒng)可以由 PEMFC電堆產生的電能帶動運行。介紹了 PEMFC發(fā)動機結構，并對其中的氫氣供給系統(tǒng)以及空氣供給系統(tǒng)分別進行了說明。使用MATLAB分別對加入空氣供給系統(tǒng)的KW級電堆以及采用混合增壓系統(tǒng)的5KW電堆的輸出電壓、等效內阻和輸出功率等進行了仿真分析，結果表明兩者均宜采用低壓空氣供給系統(tǒng)為其供氣，但是采用混合增壓系統(tǒng)可明顯提高空氣供給系統(tǒng)的能量消耗，同時電堆的最大等效輸出功率點分布

4、在廢氣能利用率較高的地方。本文針對 PEMFC電堆對空氣供給系統(tǒng)的需求也進行了理論分析，并根據(jù)能量守恒原則對空氣供給系統(tǒng)進行系統(tǒng)的能流分析，結果表明空氣供給系統(tǒng)核心部件空氣壓縮機的控制與電機特性、壓縮機特性以及電堆的輸出功率等密切相關。
　　使燃料電池盡可能工作在系統(tǒng)最大功率點，可以減少 PEMFC發(fā)電系統(tǒng)成本。為了解決燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤問題，本文通過對 PEMFC最大功率點的追蹤原理以及方法進行分析，設計了自適應