燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制的建模與分析.pdf

1、以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為動(dòng)力的汽車若想全面取代傳統(tǒng)汽車，那么其不僅要在環(huán)保和能源上獨(dú)樹一幟，而且在性能和可靠性上也要能與傳統(tǒng)汽車匹敵。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)(FCE)作為燃料電池汽車的核心動(dòng)力，從其工作方式和控制方法上看，要達(dá)到傳統(tǒng)汽車的性能和可靠性要求并不是一件難事。重要的是必須要有一個(gè)合適的開發(fā)平臺(tái)和在此基礎(chǔ)上各種智能控制方法的積累，為今后燃料電池汽車的進(jìn)一步發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 在當(dāng)前的研究條件下，要建立一個(gè)以燃料電

2、池發(fā)動(dòng)機(jī)硬件為基礎(chǔ)的開發(fā)平臺(tái)尚有很大的難度，還需要做不少的準(zhǔn)備工作。同時(shí)目前關(guān)于PEMFC的數(shù)學(xué)模型大多數(shù)是穩(wěn)態(tài)的，沒有考慮到時(shí)間和工作條件變化的影響。這些模型往往側(cè)重于單電池或電堆的工作機(jī)理，對(duì)電堆參數(shù)的準(zhǔn)確性要求甚高，同時(shí)過于煩雜，并不適合對(duì)FCE溫度控制的研究。本文結(jié)合同濟(jì)大學(xué)承擔(dān)的燃料電池轎車和上海神力科技承擔(dān)的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目，繞開FCE系統(tǒng)的內(nèi)部復(fù)雜性，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)方法應(yīng)用到FCE非線性系統(tǒng)的溫度控制建模，建立一個(gè)以軟件

3、仿真為基礎(chǔ)的開發(fā)平臺(tái)，并用仿真結(jié)果證實(shí)了分析和建模的合理性。 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)高效可靠運(yùn)行的決定因素，除燃料電池本身的制造工藝以外，控制系統(tǒng)也是極其重要的因素?？刂葡到y(tǒng)將根據(jù)負(fù)載對(duì)功率的要求，隨時(shí)調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的流量、壓力達(dá)到最適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以保證電化學(xué)反應(yīng)有效地進(jìn)行和反應(yīng)產(chǎn)物水適時(shí)的排出。通常情況下，無論是在高溫環(huán)境還是低溫環(huán)境，電池運(yùn)行壓力的提高都有利于燃料電池性能的提高。特別是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)時(shí)，有效的溫度控制策略不僅直接

4、影響著燃料電池的溫度變化，而且其溫度控制的水平也間接影響著燃料電池的輸出功率。 本文正是在這個(gè)背景下，提出應(yīng)用螞蟻算法解決FCE的智能控制問題。在尋求盡快穩(wěn)定達(dá)到FCE的正常工作溫度范圍的基礎(chǔ)上還要考慮提高FCE的性能，特別是改善其在升溫過程中的輸出功率。本文研究的是在有約束條件下升高FCE工作溫度的算法，這種算法的基本思想是將提高FCE的性能加入到算法中，同時(shí)確定其風(fēng)機(jī)增壓路徑。在此算法的基礎(chǔ)上，形成了螞蟻算法智能控制器，采用