燃料電池發(fā)動機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)動機(FCE)作為燃料電池汽車的核心動力，從其工作方式和控制方法上看，要達到傳統(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合適的開發(fā)平臺和在此基礎上各種智能控制方法的積累，為今后燃料電池汽車的進一步發(fā)展奠定堅實的基礎。 在當前的研究條件下，要建立一個以燃料電

2、池發(fā)動機硬件為基礎的開發(fā)平臺尚有很大的難度，還需要做不少的準備工作。同時目前關(guān)于PEMFC的數(shù)學模型大多數(shù)是穩(wěn)態(tài)的，沒有考慮到時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理，對電堆參數(shù)的準確性要求甚高，同時過于煩雜，并不適合對FCE溫度控制的研究。本文結(jié)合同濟大學承擔的燃料電池轎車和上海神力科技承擔的燃料電池發(fā)動機項目，繞開FCE系統(tǒng)的內(nèi)部復雜性，將神經(jīng)網(wǎng)絡辨識方法應用到FCE非線性系統(tǒng)的溫度控制建模，建立一個以軟件

3、仿真為基礎的開發(fā)平臺，并用仿真結(jié)果證實了分析和建模的合理性。 燃料電池發(fā)動機高效可靠運行的決定因素，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)負載對功率的要求，隨時調(diào)節(jié)反應氣體的流量、壓力達到最適當?shù)臄?shù)值，以保證電化學反應有效地進行和反應產(chǎn)物水適時的排出。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)動機在冷啟動時，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。 本文正是在這個背景下，提出應用螞蟻算法解決FCE的智能控制問題。在尋求盡快穩(wěn)定達到FCE的正常工作溫度范圍的基礎上還要考慮提高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，同時確定其風機增壓路徑。在此算法的基礎上，形成了螞蟻算法智能控制器，采用