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(guān)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(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，成為眾多學者研究的重點。其中，質(zhì)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(zhì)子交換膜燃料電池控制算法設計的主要難點。
　　本文針對質(zhì)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(zhì)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(jié)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(jié)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