車(chē)用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫氣回路控制.pdf

1、隨著社會(huì)發(fā)展和時(shí)代科技水平的提升，能源緊缺和環(huán)境污染已成為當(dāng)今世界的重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題。氫能儲(chǔ)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(zhuǎn)換裝置，兼顧了能量的高效轉(zhuǎn)化率和污染物的低排放率，成為眾多學(xué)者研究的重點(diǎn)。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池因其工作溫度低的特點(diǎn)，在汽車(chē)行業(yè)中前景巨大。然而，燃料電池系統(tǒng)是具有強(qiáng)非線(xiàn)性的多物理域耦合系統(tǒng)，在應(yīng)對(duì)汽車(chē)啟停、低載、怠速等工作狀態(tài)下存在的負(fù)載大范圍波動(dòng)時(shí)，存在輸出特性偏軟的問(wèn)

2、題。因此，合理設(shè)計(jì)并運(yùn)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(zhǎng)燃料電池壽命。而燃料電池系統(tǒng)強(qiáng)非線(xiàn)性、多物理域耦合以及負(fù)載大范圍波動(dòng)的問(wèn)題，也成為質(zhì)子交換膜燃料電池控制算法設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)。
　　本文針對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)氫氣回路進(jìn)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(yīng)、滲透、排氣和循環(huán)過(guò)程。同時(shí)，基于模型對(duì)因燃料電池質(zhì)子交換膜氣體滲透問(wèn)題導(dǎo)致的流道氮含量積累問(wèn)題進(jìn)行

3、研究，分析氮?dú)夥e累現(xiàn)象中，電流負(fù)載和循環(huán)流量對(duì)的流道氣壓和氮?dú)鉂舛鹊挠绊?。在此基礎(chǔ)上，以燃料電池不同管道的管道氣壓和燃料濃度為控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)高效、及時(shí)的燃料供給為控制目標(biāo)，提出兩種可行的控制策略，運(yùn)用非線(xiàn)性多輸入多輸出狀態(tài)反饋控制算法分別設(shè)計(jì)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析和驗(yàn)證。除此之外，針對(duì)燃料電池系統(tǒng)氫氣分壓測(cè)量難度大的問(wèn)題，本文還設(shè)計(jì)了燃料電池氫氣分壓觀(guān)測(cè)器。將其與控制算法相結(jié)合，設(shè)計(jì)了非線(xiàn)性多輸入多輸出輸出反饋控制算法，增強(qiáng)了控