基于LabVIEW的PEMFC特性研究

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢气流量、氢气压力、环境温度等参数对电堆的发电性能影响较大。首先通过实验,研究了电堆最佳工作温度的确定方法和输出电压特性,其次采用了广义多项式拟合以及一维插值的方法,获得了它们的描述公式,最后,基于LabVIEW设计了电堆温度和输出电压的特性研究软件,软件仿真结果与实验数据拟合精度较高,为研究PEMFC系统提供了一种切实有效的方法。     

基于变论域模糊增量理论的质子交换膜燃料电池温度控制

质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部的电化学反应过程直接表现为温度的变化,所以有效的温度控制是保证燃料电池可靠性和耐久性的关键.本文将模糊增量控制用于PEMFC热管理系统中,将PEMFC的温度和电堆出入口温度差保持在设定值.首先,建立PEMFC热管理系统的动态模型,包括PEMFC电堆模型和辅助散热设备模型.然后,基于建立的系统模型,设计了一种变论域的模糊增量控制器.该控制器通过伸缩因子来动态调节模糊控制器中的量化因子和比例因子,实现对模糊论域的调节,从而提高控制的灵敏性和精确度.最后,将该温度控制方法用于10 kW燃料电池系统中,实验结果表明变论域模糊增量控制器相比于其他模糊控制方法,不仅具有更快的动态响应速度,还具有更强的鲁棒性和更高的控制精度.     

基于模糊逻辑与遗传算法的燃料电池热管理方法研究

有效的质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)热管理是提升氢燃料电池汽车安全性、耐久性以及运行效率的关键因素之一.该文提出一种PEMFC电堆热管理控制方法,使电堆出入口温度保持在设定值.该方法以PEMFC热管理系统模型中电堆出入口温度的变化为依据,设计一种二...     

质子交换膜燃料电池温度模型与模糊控制

为保证质子交换膜燃料电池（PEMFC）安全高效运行,必须对其进行有效的温度控制,本文阐述了一种带积分环节的二维增量模糊控制器用于PEMFC的温度控制．首先从物料平衡和能量平衡角度对PEMFC的电能和热能的动态特性进行分析,建立了基于控制的PEMFC的温度机理动态模型;其次根据所建立的温度模型和控制经验规则设计带积分环节的PEMFC温度二维增量模糊控制器;最后对所建立温度模型及其模糊控制器进行仿真分析,结果不仅表明该模型能模拟PEMFC的动态特性,而且验证该控制器能将PEMFC温度控制在理想工作范围内,并具有较强的鲁棒性,可用于对PEMFC进行温度实时控制．     

质子交换膜燃料电池建模与动态仿真

对质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆进行电输出特性研究,有助于改善燃料电池的设计,提高其性能。运用MATLAB的Simulink仿真工具对PEMFC建立仿真模型,通过所建立的电堆参数模型,就能够研究主要运行参变量对电堆动态输出性能和电堆非线性内阻产生的影响。当电堆输出电流出现阶跃变化时,对电堆电压,输出功率,消耗功率,电堆效率,非线性内阻的动态响应,进行了仿真和结果分析。仿真结果符合文献[7]实验数据,表明此参数模型是可操作和有效的,并可方便地用于PEMFC控制方法研究。     

基于BP神经网络辨识模型的PEMFC系统建模

为分析燃料电池系统特性,采用BP神经网络结构辨识质子交换膜燃料电池系统模型,模型输入为系统实际输入,模型输出为电堆输出电压和电堆工作温度。由于PEMFC系统是一个时变非线性系统,采用一种串-并联前向神经网络辨识结构模型,将模型前几个时刻输出作为模型输入,使得静态网络结构具有动态特性。BP网络模型通过PEMFC系统所得到的实验数据进辨识。训练完成后BP网络模型输出与实际系统输出基本一致,结果表明BP网络模型能够有效反映质子交换膜燃料电池系统输出电压和电堆温度特性。     

PEMFC电化学建模及其PID控制

针对目前质子膜燃料电池(PEMFC)模型难以适用控制系统的设计,因此提出了电化学方法建立PEMFC数学模型,并在此基础上采用PID控制其输出电压。首先分析PEMFC内部运行机理;然后假定外部负载电流干扰的情况下,PEMFC电堆工作温度稳定在80℃,在M atlab/simu link环境下建立系统仿真模型,模拟输出电压动态变化过程;并采用PID算法控制电堆阴阳极入口气体压力,使PEMFC系统的输出电压达到预定值。仿真结果表明该模型能够较好的反映出系统的动态特性,且PID算法用于PEMFC发电系统的控制是可行的。     

PEM燃料电池堆单片电压检测系统设计

根据电池堆性能测试及其控制系统研发需要,设计了一种燃料电池堆单片电压检测系统.该系统精度高、实时性好、稳定性强,而且电路简单、成本低、体积小、易布局.实验证明该系统能够有效地完成燃料电池单片电压实时采集、显示和保存.已成功应用于200W常温常压空冷质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源控制系统.     

燃料电池的模糊辨识建模与变结构控制研究

该文从DMFC实际应用的角度出发,首先利用模糊聚类和线性辨识方法基于实验的输入(甲醇、空气、冷却水的流速)输出(温度)数据建立DMFC的T-S模糊预测模型,然后基于该辨识的温度模型,设计了一个DMFC电堆工作温度的在线系统。最后,用辨识的温度模型代替实际的DMFC电堆进行控制仿真,仿真结果证明对DMFC电堆采用辨识建模的方法是有效的,建立的模型精度较高,以及所设计的变结构控制器性能优越,它对不同的系统状态都能调节控制量将电堆温度较平滑地过渡到试验的理想值。     

基于系统辨识的燃料电池系统建模和自适应模糊控制

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）发电运行时，电堆的工作温度必须控制在一定的范 围内，否则将导致系统发电效率的降低或危及电堆寿命．因此，实现对MCFC运行温度的在线 控制势在必行．但由于MCFC系统的复杂性，已有模型均为复杂的非线性微分方程组描述的解 析模型，难以满足在线计算的实时控制的要求．因此，本文首先利用神经网络辨识技术基于 实验的输入（气体流量）输出（温度）数据建立起MCFC电堆的神经网络模型；然后，基于这 一电堆模型，设计了一个MCFC电堆工作温度的在线改进型自适应模糊控制器．该控制器对传 统的模糊控制方法存在的缺陷进行了改进，它一方面采用BP算法对模糊系统的参数进行修正 ，另一方面又通过聚类算法对模糊系统的结构进行自适应调整．最后，用神经网络辨识模型 代替实际的MCFC电堆进行了控制仿真，仿真结果证明对MCFC辨识电堆建模的有效性，以及所 设计的模糊控制器的性能优越性．     

燃料电池温度模糊自适应控制

如何控制燃料电池温度性能是燃料电池的一个重要问题。首先基于模糊辨识建模方法建立质子交换膜燃料电池温度性能的T-S模型。模型结构简单,精度高,方便地应用于质子交换膜燃料电池系统控制中。其次针对该模型设计电堆温度的模糊自适应控制器。最后在Matlab平台进行仿真,模糊自适应控制器在较大幅度变化的系统参数下都得到较好的控制性能,证明模糊自适应控制系统具有很好的鲁棒性和良好的控制品质,能够满足质子交换膜燃料电池温度控制系统的要求。     

Real‐time thermal Management of Open‐Cathode PEMFC system based on maximum efficiency control strategy

Improving the efficiency of the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system is the main problem should be solved for the commercialization of PEMFC. In this paper, the efficiency characteristic of PEMFC system under load and stack temperature variation is analyzed through theoretical modeling and experimental verification. For high efficiency operation of PEMFC system, the maximum efficiency control strategy (MECS) is proposed for thermal management of PEMFC system. According to the efficiency characteristics of PEMFC system, the optimal efficiency trajectory of system is obtained under maximum efficiency optimization (MEO). As PEMFC system is a nonlinear system with the characteristics of time‐variation, and uncertainty, a constrained generalized predictive control (CGPC) is proposed to realize real‐time optimal efficiency trajectory tracking. The MECS based on MEO and CGPC is implemented on‐line, experimentally validated on the established H‐300 open‐cathode PEMFC system. The experimental result shows better tracking ability compared with PID control and testifies the validity of MECS for increasing the system efficiency. Therefore, the proposed MECS can provide better system dynamic response and higher system efficiency.     

水冷型PEMFC温湿度建模与智能控制

当负载电流一定时,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作温度和质子膜的相对湿度是影响电池输出性能的主要因素.分析电池电流密度与最优工作温湿度的关系,建立基于温湿度耦合模型的最优温湿度操作条件的电压模型.通过对冷却水流量和阴阳极气体加湿度进行综合控制,保持电堆的工作温湿度在最佳状态,不仅保证了电池最优的输出性能,还可以延...     

Nonlinear MPC Controller Design for AIR Supply of PEM Fuel Cell Based Power Systems

The air supply system, which provides the oxygen for the fuel cell stack, is one of the most important subsystems of the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). In order to improve the performance of the air supply, a small rechargeable lithium‐ion battery is utilized to start up the PEMFC system and provide buffer power supply for the load demand. With energy consumption of the compressor considered, a power coordinating algorithm utilizing a virtual potential field approach is presented to manage the power demand for the PEMFC and the battery while maintaining the battery's state of charge. A nonlinear observer is designed to estimate the unmeasurable states of the air supply system and its convergence is proven. A nonlinear MPC method is proposed to control the air flow and ensure the adequate oxygen supply. Simulation results are provided to validate the performance of the power management algorithm and the air supply control method. Compared with the results of the MPC algorithm and the nonlinear MPC method for the PEMFC system without an auxiliary battery, the method designed here has better performance.     

阴极开放式质子交换膜燃料电池实验性研究

本文围绕实验室自制的开放式阴极自增湿型质子交换膜燃料电池开展了大量相关实验,采用FLUKETi25红外温度成像仪测得了各种操作条件下电池表面温度分布图像。实验结果表明：在封闭式阳极（anodedead—end）操作条件下,液态水会在阳极逐渐积累而影响反应气的传质,造成电池输出性能的衰减。通过阳极排气可以使电池性能恢复。纵观电堆表面温度分布情况,总体呈现出沿氢气流道方向递增的趋势,且随着电流密度的增大,这种温度分布的不均匀性变得更加明显。在实验所测试的范围内,电堆的平均输出功率密度达到了583mW／cm2。     

质子交换膜燃料电池动态建模及其双模控制

由于已提出的质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型难于控制, 提出利用MATLAB/SIMULINK仿真工具进行PEMFC系统动态建模, 同时为实现对PEMFC系统输出电压的控制, 采用了基于模糊规则切换的模糊逻辑控制器(FLC)和比例积分微分控制器(PID)相结合的双模控制方式. 仿真结果证明该动态模型易于控制, 能够反映出PEMFC系统的动态输出特性, 而且验证了基于模糊规则切换的双模控制能够有效抑制扰动, 改善PEMFC系统的动态输出特性, 保证系统的稳定运行, 有助于对PEMFC系统的输出性能分析以及实时控制系统的设计.