質(zhì)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(lèi)的出現(xiàn)、進(jìn)化、發(fā)展，能源一直扮演著極其重要的角色。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越成為擺在人們面前的一個(gè)亟待解決的重要議題。世界各國(guó)都已經(jīng)并且持續(xù)投入大量的資源對(duì)清潔、綠色能源進(jìn)行學(xué)術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。作為氫能領(lǐng)域代表的質(zhì)子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)技術(shù)以其低排放、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)尤其受到青睞。但PEMFC也因其內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)的高度

2、非線性過(guò)程而存在著強(qiáng)耦合性、大滯后性、約束性、不確定性和隨機(jī)干擾等特點(diǎn)，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(yīng)速度慢、需要對(duì)外進(jìn)行排水操作(Purge)、易發(fā)生氫氣泄露等不足之處。因此對(duì)其商業(yè)化前景和應(yīng)用推廣造成了較大阻礙，需要探索和研究其特性，基于此設(shè)計(jì)并選擇更合適的控制策略，揚(yáng)長(zhǎng)避短，最終開(kāi)發(fā)研制出適合商業(yè)化推廣的產(chǎn)品，真正為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展服務(wù)。
　　 本文通過(guò)對(duì)PEMFC所做的單體電池電

3、壓分布和不同風(fēng)扇系統(tǒng)的流速與功耗平衡分析實(shí)驗(yàn)，得出通過(guò)單體PEMFC電壓分布可以檢驗(yàn)和判斷電堆是否符合設(shè)計(jì)要求，并在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、定位性能欠佳的單體電池以進(jìn)行控制策略上的調(diào)整的結(jié)論，提出流過(guò)燃料電池陰極的空氣流速和風(fēng)扇系統(tǒng)功耗之間存在著一個(gè)平衡的觀點(diǎn)。設(shè)計(jì)了一種外部控制策略，使PEMFC系統(tǒng)擺脫了對(duì)外排水（Purge）的束縛。
　　 為了全面、完整的掌握陰極風(fēng)扇系統(tǒng)對(duì)PEMFC的影響，通過(guò)大量針對(duì)風(fēng)扇系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，得

4、出當(dāng)風(fēng)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(guò)電池陰極的空氣流量分布具有一致性的觀點(diǎn)。設(shè)計(jì)了一種在外接負(fù)載變化時(shí)針對(duì)陰極風(fēng)扇系統(tǒng)的控制策略，達(dá)到僅需對(duì)陰極風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)節(jié)便可在不同負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出性能最優(yōu)的目標(biāo)。
　　 設(shè)計(jì)建立PEMFC動(dòng)態(tài)多輸入多輸出模型并在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下進(jìn)行仿真，證實(shí)該系統(tǒng)可以模擬燃料電池的瞬態(tài)響應(yīng)性能并保證電池外接負(fù)