質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）反應(yīng)氣體濕度的控制研究.pdf

1、燃料電池(Fuel Cell)是一種將存儲(chǔ)在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池的種類很多，而質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)由于其具有能量密度高、啟動(dòng)迅速、結(jié)構(gòu)緊湊、且能在低溫低壓下工作等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于分布式電站、交通動(dòng)力和小型電源裝置中，是一種新型、有遠(yuǎn)大發(fā)展前途的燃料電池。 水管理是PEMFC可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，PEMFC反應(yīng)氣體

2、增濕法是水管理的主要方式之一。PEMFC的膜電極是其電化學(xué)反應(yīng)的心臟。為了使質(zhì)子交換膜保持一定的潤(rùn)濕度，以利于質(zhì)子的傳導(dǎo)，使PEMFC工作在最佳工況下，有必要對(duì)PEMFC反應(yīng)氣體的濕度進(jìn)行控制，使得入口處反應(yīng)氣體在既定的溫度下達(dá)到飽和。 目前，PEMFC增濕器的種類很多，本文對(duì)原鼓泡增濕器進(jìn)行了一些改進(jìn)，并對(duì)增濕器的增濕過(guò)程進(jìn)行了分析。另外，根據(jù)對(duì)PEMFC反應(yīng)氣體在增濕過(guò)程中的一些平衡關(guān)系和守恒定律的分析，對(duì)反應(yīng)氣體的濕度和溫

3、度以及其它一些相關(guān)的狀態(tài)量建立了一組偏微分方程的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述反應(yīng)氣體的增濕系統(tǒng)，并用仿真結(jié)果證實(shí)了分析和建模的正確性。 模糊控制（Fuzzy Control）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（Neural Network Control）是現(xiàn)代智能控制中的重要技術(shù)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制相結(jié)合，構(gòu)成模糊-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（FNNS-Fuzzy Neural Network System）,是當(dāng)前頗受人們關(guān)注的最新控制策略研究方向之一，并且已取得不

4、少理論研究成果。針對(duì)PEMFC反應(yīng)氣體增濕系統(tǒng)的非線性和大時(shí)滯的特性，本文在研究了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的基礎(chǔ)上，考慮到這兩種智能控制都無(wú)需精確的控制對(duì)象模型以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，提出了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，并設(shè)計(jì)了一個(gè)自適應(yīng)模糊-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。該控制器基于PEMFC反應(yīng)氣體濕度控制過(guò)程的輸入輸出關(guān)系，分析并確立了模糊控制規(guī)則，采用反向傳播算法訓(xùn)練了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。另外還設(shè)計(jì)了一個(gè)規(guī)則修正模塊，可以實(shí)時(shí)地調(diào)整控制輸出