论文研究-燃料电池发电系统电堆温度控制策略研究 .pdf

燃料电池是一种通过氢气和氧气的电化学反应将化学能直接转换为电能的装置，具有高效、清洁、低噪声等优点，被认为是未来能源技术的重要方向之一。在燃料电池的各种类型中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）因为其启动快、工作温度低、功率密度高等特点，在便携式电源、电动汽车和分布式发电等领域得到广泛应用。 本文主要研究了PEMFC发电系统中电堆温度的控制策略，温度对于PEMFC电堆性能有着显著的影响。当电堆处于特定温度时，才能发挥最佳性能。PEMFC的电化学反应是一个放热过程，随着反应的进行，电堆温度会逐渐升高。适当的温度可以加快电化学反应速度，提高质子交换膜的电导率，从而增加电堆的输出功率。然而，电堆温度不宜过高，否则会导致膜中水分流失加快，减弱质子交换膜的强度。 为了实现对PEMFC电堆温度的有效控制，研究人员提出了一种基于模型参考模糊自适应算法的温度控制策略。该策略首先分析了PEMFC发电系统的热理模型，并将其与近似线性系统进行比较。研究人员依据先前实验经验，自动调节控制参数，设计出了一套温度控制系统，该系统通过加热器、循环水泵、散热器和流量控制阀等执行机构，结合脉宽调制（PWM）技术，实现对电堆温度的精准控制。 在PEMFC电堆的温度控制中，主要面临时变、大滞后和非线性等复杂特性。传统的PID控制方法往往会出现较大的超调量，且调节时间较长，难以适应系统的动态变化。因此，本文提出的模型参考模糊自适应控制系统能够根据实时状态动态调节，有效解决传统PID控制中出现的问题。 研究中还提及了不同工作温度下PEMFC的电池电压电流关系特性。例如，在5KW电堆中，通过实验得到的不同温度下的电压电流关系特性曲线显示，电堆在不同的温度下具有不同的工作特性。这些曲线对于理解电堆在不同条件下的性能表现及最佳工作点的选择具有指导意义。 本文提出的基于模型参考模糊自适应算法的PEMFC电堆温度控制策略，不但解决了PEMFC温度控制中的时变、大滞后和非线性问题，而且通过实验验证了其良好的控制效果，为PEMFC电堆的最佳性能发挥提供了技术保障。随着燃料电池技术的不断成熟和应用的拓展，这一温度控制策略的研究成果将具有重要的应用价值和推广潜力。