質(zhì)子交換膜燃料電池動態(tài)模型與控制研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，開發(fā)高效、低污染的能源技術(shù)已成世界各國的重大課題之一。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)能量密度高并且環(huán)保，特別適用于可移動電源。為了改進(jìn)PEMFC系統(tǒng)的性能，優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計，則必須對PEMFC的運行過程和影響因素進(jìn)行深入的研究。由于PEMFC系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，需要考慮很多關(guān)鍵變量，故基于機(jī)理方法的PEMFC理論建模是非常艱難的過程。同時，在實際的發(fā)電過程中，為了提高PEMFC發(fā)電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可

2、靠性，必須采用可行的控制方法。本文首先建立了PEMFC系統(tǒng)的電化學(xué)參數(shù)模型和動態(tài)模型，然后運用自適應(yīng)模糊PID控制器對電堆的輸出電壓進(jìn)行控制和仿真研究。本文的主要工作有：
　　 ⑴簡要闡述了PEMFC的工作原理，主要部件的功能及PEMFC管理單元。介紹了PEMFC測控系統(tǒng)組成及其關(guān)鍵技術(shù)。
　　 ⑵基于燃料電池的電化學(xué)理論，利用Matlab/Simulink仿真工具建立了PEMFC系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，并通過仿真，分析了工作溫

3、度和反應(yīng)氣體的壓力對電堆性能的影響。
　　 ⑶研究了電堆發(fā)電的動態(tài)特性，建立了PEMFC輸出電壓動態(tài)模型，主要研究了運行參數(shù)對電堆動態(tài)輸出性能和非線性內(nèi)阻產(chǎn)生的影響。將仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表明所建模型是正確可行的。
　　 ⑷建立了自適應(yīng)模糊PID控制器，其PID參數(shù)通過模糊邏輯推理來整定?；谌A系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明了該控制器具有良好的性能。
　　 ⑸基于電堆的參數(shù)模型，分別利用PID控制器和自適應(yīng)模糊PI