車用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫氣回路控制.pdf

1、隨著社會發(fā)展和時代科技水平的提升，能源緊缺和環(huán)境污染已成為當今世界的重點關注問題。氫能儲量豐富、能量密度高，是一種極具發(fā)展前景的綠色新能源。而燃料電池作為一種氫能轉換裝置，兼顧了能量的高效轉化率和污染物的低排放率，成為眾多學者研究的重點。其中，質子交換膜燃料電池因其工作溫度低的特點，在汽車行業(yè)中前景巨大。然而，燃料電池系統(tǒng)是具有強非線性的多物理域耦合系統(tǒng)，在應對汽車啟停、低載、怠速等工作狀態(tài)下存在的負載大范圍波動時，存在輸出特性偏軟的問

2、題。因此，合理設計并運用控制算法，有利于改善燃料電池表現(xiàn)、提高燃料電池效率和延長燃料電池壽命。而燃料電池系統(tǒng)強非線性、多物理域耦合以及負載大范圍波動的問題，也成為質子交換膜燃料電池控制算法設計的主要難點。
　　本文針對質子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫氣回路進行研究，建立面向控制的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫氣回路模型，模型包含燃料供氣、傳輸、反應、滲透、排氣和循環(huán)過程。同時，基于模型對因燃料電池質子交換膜氣體滲透問題導致的流道氮含量積累問題進行

3、研究，分析氮氣積累現(xiàn)象中，電流負載和循環(huán)流量對的流道氣壓和氮氣濃度的影響。在此基礎上，以燃料電池不同管道的管道氣壓和燃料濃度為控制對象，以實現(xiàn)高效、及時的燃料供給為控制目標，提出兩種可行的控制策略，運用非線性多輸入多輸出狀態(tài)反饋控制算法分別設計，并對仿真結果進行對比、分析和驗證。除此之外，針對燃料電池系統(tǒng)氫氣分壓測量難度大的問題，本文還設計了燃料電池氫氣分壓觀測器。將其與控制算法相結合，設計了非線性多輸入多輸出輸出反饋控制算法，增強了控