基于模糊控制的质子交换膜燃料电池氮管理.doc
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1、基于模糊控制的质子交换膜燃料电池氮管理摘要:针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极侧的氮向阳极侧扩散,并在阳极侧累积的问题,文章提出一种基于模糊控制的阳极氮管理策略。该策略克服质子交换膜燃料电池阳极氮浓度变化大惯性的特点,采用模糊控制,并使用估计模型的估计结果作为输入变量,并以模糊控制器的输出控制燃料电池氢气路尾排动作,控制阳极侧的氮浓度在阈值范围内。该控制模型具有模型简单实用,控制策略易于表格化,且鲁棒性强等优点。引言随着机动车辆的增加,机动车污染已成为空气污染的重要来源,是造成细颗粒物、光化学烟雾污染的重要原因,机动车污染使得新能源汽车开发的紧迫性日益凸显1。氢燃料电池汽车具有零排放,加
2、注速度快,功率密度大,启动速度快等优点,是一种非常理想的未来车载能源2-3。车载质子交换膜燃料电池运行中,阴极通入加压的空气,阳极通入从氢气瓶减压后的纯氢。由于浓度差引起的扩散作用,阴极测的氮气不断向阳极侧扩散,并在阳极侧积累。不断升高的氮浓度降低燃料电池的发电功率并降低系统效率且对催化剂有破坏作用,所以质子交换膜燃料电池阳极流道氮浓度管理十分重要4-5。针对阳极侧氮浓度问题,文献6提出一种电路等效模型,进而使用状态空间模型与预测控制策略对等效电路进行建模,利用燃料电池运行特征参数拟合等效模型,并对一个9节带有氢气循环泵的燃料电池动态运行过程中的传质变化进行估计。该模型采样电路等效,难以应对大
3、范围运行时的非线性问题。文献7忽略质子交换膜燃料电池运行过程中的暂态过程,从稳态角度,建立简化的燃料电池等效一维模型并建立尾排模型,从而对阳极稳态氮浓度进行管理。但质子交换膜燃料电池车载运行下,工况复杂多变,稳态模型难以符合实际需求。文献8使用偏微分传质方程组对一个90kW的电堆传质过程进行建模,详细分析了水、氮、氧、氢在运行过程中的传质变化。并详细讨论了氮浓度积累对电堆运行的影响。该方法具有较强的理论意义,但偏微分方程组在工程中求解困难,且对边界条件要求较高。针对以上问题,本文提出一种基于模糊控制的氮浓度管理策略。该策略使用估计模型的估计结果,结合模糊控制方法,对质子交换膜阳极流道尾排周期进
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