质子交换膜燃料电池集中参数建模与仿真

系统建模是控制系统设计的基础,建立了用于控制设计的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的集中参数机理模型。为简化建模过程,将系统划分为阳极动态模型、阴极动态模型、电化学电压模型、温度动态子模型,从物料平衡和能量平衡角度进行PEMFC机理建模。通过Matlab/Simulink软件仿真分析,随着负载的增加,系统的压力、电功率、温度也增加,但电堆电压减少,反之亦然。仿真结果证明所建立的模型能模拟出PEMFC内的压力、电压、温度和能量的动态运行特性。     

10kW PEMFC动态系统建模与控制

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态系统为研究对象。首先将质子交换膜燃料电池划分为氢气动态模型、空气动态模型、电化学电压模型和温度动态模型四部分建模;其次根据系统运行要求设计控制策略:氧气化学计量比前馈控制,阴极和阳极压力差PID控制和温度滑模控制;最后应用所建立的模型和控制策略对10 kW质子交换膜燃料电池进行仿真运行分析,结果证明所设计的系统能模拟PEMFC动态系统运行。     

基于LS-SVM辨识的PEMFC动态建模及仿真

为便于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的动态仿真和控制方案的设计,试图绕开PEMFC的内部复杂性,基于最小二乘支持向量机(LS-SVM),在质子交换膜100%增湿情况下,建立PEMFC输出电压与温度特性的动态模型。模型以负载电流为输入,以PEMFC电堆的输出电压与温度为输出。通过MATLAB仿真对所建LS-SVM辨识模型的有效性和精度进行检验。与电流发生阶跃变化时PEMFC的输出电压和温度实验数据相比,该LS-SVM辨识模型具有较高的建模精度。     

质子交换膜燃料电池建模及其PID控制

针对目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型难以适用于控制系统的设计,提出利用Matlab-Simulink仿真工具对PEMFC进行系统动态模型建立,并在此基础上采用比例积分微分(PID)算法控制其输出电压.仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,有助于改善PEMFC的设计,提高其性能,而且PID算法能够较好地实现对PEMFC系统的控制,可适用于控制系统的设计.     

质子交换膜燃料电池建模研究综述

在分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行机制的基础上,对PEMFC的建模研究进行综述.主要介绍了PEMFC的系统模型,并总结电压、阴极流量、阳极流量、膜水合、压缩机、供应管腔、回流管腔、散热器和增湿器九个子系统的国内外建模方法、研究成果及研究进展,并对各模型的适用条件及优势进行阐述,同时也对PEMFC建模的发展方向进行展望.所进行的研究综述对PEMFC系统模型的模型建立、开发研究及后续仿真分析有一定的理论价值与指导意义.     

质子交换膜燃料电池输出电压稳定控制技术

针对现今质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)输出电压不稳定、发电效率低下等问题,提出一种对质子交换膜燃料电池输出电压稳定性进行控制的方法。通过PEMFC的热力学电动势、欧姆过电压、总极化电压等相关参数对PEMFC动态模型进行控制,采用模糊比例-积分-导数PID(proportional integral derivative)方法设计PEMFC输出电压模糊PID控制系统。根据梯形函数调整期望输出电压,由氢气流速控制燃料电池的输出电压,实现质子交换膜燃料电池输出电压的稳定控制。通过仿真实验验证控制技术的有效性,结果表明所提方法可有效降低PEMFC电压振荡幅度,使PEMFC电压达到稳定状态,处理时间仅为4 s,说明电池电压稳定控制技术具有高效可靠性。     

PEM燃料电池流量及功率系统的建模

数学模型是理解和分析燃料电池性能的有效工具,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的建模是该技术发展和研究中的一个极为重要的问题。将结合已有的PEMFC建模方面的成果和本实验室PEMFC实验台的实验数据给出一种质子交换膜燃料电池系统的动态模型。该模型能够描述电堆电压、反应物流量以及反应物空间压力的瞬态响应过程。我们利用Matlab的SIMULINK对模型进行仿真,给出了负载电流以及反应物流量控制器给定电压阶跃变化时系统的瞬态响应,并对仿真结果和实验台实际运行数据进行了分析和比较。结果显示具有较好的一致性,证明此模型是PEMFC的实时控制系统以及最优化设计的一个有力工具。     

基于DHP方法的PEM燃料电池优化控制器设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统具有明显的非线性和时变的特质,因此质子交换膜燃料电池的建模和优化控制问题是研究的重点。通过建立单体质子交换膜燃料电池的近似线性动态模型,并在此模型基础上,设计了基于双启发式动态规划(DHP)的质子交换膜燃料电池神经网络优化控制器。仿真结果表明,此近似线性模型有效地简化了非线性和时变的特质,在此模型基础上所设计的神经网络控制器具有更好的控制效果和控制精度。     

PEMFC的动态特性分析及其PID控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)控制系统的非线性、时滞性、复杂性等特点,利用Matlab/Simulink仿真软件建立PEMFC电堆工作仿真模型。在此基础上,采用比例积分微分(PID)算法控制器控制电堆的输出电流。讨论了当电堆输出电流出现阶跃变化时,电堆输出电压、输出功率以及电堆效率的动态响应,并对仿真结果进行了比较分析。仿真结果表明,该模型能够较好地反映PEMFC系统的动态性能,采用的算法具有较好的鲁棒性,有助于改善PEMFC控制系统的设计,提高其性能。     

空冷型PEMFC的动态建模仿真及验证

为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作特性,采用Simulink软件建立了PEMFC的电化学动态模型及传热动态模型,将模型仿真计算得到的数据与实验室空冷型PEMFC的实验数据进行对比。通过对比模型与实验电池的输出电压及电堆工作温度数据发现误差都在2%以内,模型具有良好的适用性。在该模型的基础上探究了阳极氢气压力、膜含水量以及质子膜厚度等因素对PEMFC输出性能的影响,根据仿真结果表明:提高氢气压力、增大膜含水量和在一定范围内减小质子膜厚度都能提升电堆的输出性能。     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

基于PEMFC延时特性的发电系统建模与控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统延时特性,建立了1.2 k W PEMFC简化动态模型,并与实验数据对比验证了模型的有效性。在此基础上,构建了包含50 k W PEMFC系统、DC/DC变换器、DC/AC逆变器和滤波器在内的PEMFC发电系统模型,对并网运行和独立运行模式分别提出了同步PI电流控制和电压瞬时值反馈PI控制策略。仿真分析结果表明控制策略效果良好,能满足不同运行状态的要求。     

质子交换膜燃料电池混合动力系统测控平台开发

介绍了5 kW高低温质子交换膜燃料电池混合动力系统测控平台的开发。介绍了平台测试系统模式下检测系统工作参数,对燃料电池混合动力系统的性能、建模和优化设计等问题进行研究;在模拟真实系统模式下研究燃料电池混合独立发电系统的动态建模、控制和优化。阐述了配合多能源系统研究动态负载下的进料控制、功率输出稳定性和能量效率优化等问题。介绍了测控平台各子系统的设计和设备选型。     

基于BP神经网络的PEMFC稳定性及动态性预测

研究了PBI/H_3PO_4体系高温质子交换膜燃料电池(PEMFC),将其在不同压力、温度、阴极气体和负载下的稳态电位响应数据及该体系对压力变化、温度变化的动态电位响应数据作为训练数据,建立以Matlab/Simulink和BP神经网络为基础的高温下PEMFC的稳定性能和动态性能的预测系统。通过所建立的神经网络模型对电池的稳态电位输出和动态电位响应进行模拟,结果表明,所建立的模型可以对电池的稳态及动态行为进行准确模拟,这为PBI/H_3PO_4体系高温PEMFC的控制及性能预测提供了一定的参考。     

PBI/H3PO4体系高温PEMFC的性能预测

使用实际测量的PBI/H3PO4体系高温PEMFC,在不同温度、压力、阴极气体和负载下的稳态电位响应数据(500组)与该体系对温度变化、压力变化的动态电位响应数据(500组)作为训练数据,建立了基于BP神经网络和Matlab/Simulink的高温PEMFC稳定性能和动态性能的预测系统。利用神经网络模型模拟电池的稳态电位输出和单变量(温度或压力)动态电位响应。仿真结果表明:该模型能准确地模拟电池的稳态和动态行为,为PBI/H3PO4体系高温PEMFC的性能预测和控制提供了一条可行的途径。     

质子交换膜燃料电池的电响应研究

通过暂态实测方法,研究了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的动态响应及电压建立。通过使用燃料电池测试系统、高精度示波器和自行设计的开关电路,在不同的运行条件下对PEMFC的电响应进行测量,实验结果证明PEMFC的动态响应和电压建立与其运行条件以及单体电池在电堆中的位置有非常紧密的联系。     

质子交换膜燃料电池电气性能实验及建模研究

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是很有前景的新型电动车动力电源 ,而电动汽车对动力电源的性能尤其是动态性能有较高要求。针对电动汽车动力系统的需求 ,采用在LABVIEW平台上开发的便携式测试系统对PEMFC实验系统在不同温度下的电压 电流特性、动态性能、过载能力、起动特性等电气性能进行了测试。实验结果表明 ,受试PEMFC系统在宽温度范围内均可输出额定功率 ,并有较快的动态响应速度。在实验基础上 ,采用最小二乘曲线拟合的方式 (部分借助MATLAB的IdentificationToolbox)建立了简便实用易于实现的PEMFC系统电气物理模型 ,着重考虑了电池温度及负载工况变化时电池系统的静态和动态性能。仿真结果表明 ,模型可以较好地描述PEMFC电池系统的电气特性尤其是动态响应特性 ,可为PEMFC电池系统及管理系统设计、优化和驱动系统设计提供参考。