质子交换膜燃料电池系统动态建模与温度控制

发布时间：2021-08-17 22:59

　　质子交换膜燃料电池（PEMFC）,作为最受瞩目的氢能发展方向之一,具备产物无污染,能量转换效率高等优点,已广泛应用于混合动力车辆、移动便携设备、无人机等领域。燃料电池系统建模对于其性能分析、优化设计与控制策略开发等具有重要意义。依据面向对象不同,燃料电池系统建模方法主要分为两种,分别是面向系统设计分析的建模与面向控制器设计的建模。面向系统设计分析的建模一般是基于偏微分方程的分布参数模型,然而这种模型由于其复杂性往往不适用于控制器的设计。面向控制器设计的建模一般是基于常微分方程的集总参数模型,然而大多数集总参数模型都无法满足系统设计分析的精度需求。为探索兼顾控制器设计与系统分析的建模方法,本文建立了一个含气液两相流的质子交换膜燃料电池系统常微分方程动态分段模型,该模型可以扩展（增加小分块数量）从而适应系统分析设计精度需求,也可简化（减少小分块数量）从而适应控制器设计。基于该模型,对燃料电池系统控制方面进行研究,开发自适应热管理控制策略。最后进一步扩展模型,加入锂电池模块、DC-DC变换器模块等,构成燃料电池-锂电池混合动力系统模型,并设计了一种基于状态的能量分配管理策略。本文主要贡献与创... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２燃料电池系统示意图??

１绪论?浙江大学博士学位论文??燃難池??ｍｍ．?：?Ｅ＾Ｓ??ｍ?■：：?…??（常齡方程Ｗｌ；?１?｜？｜｜—??缩小分樹广展酿ＳＪＳＺＳ制器Ｓｉ十增加分離展程度适应系统分析??图１．４本文提出的燃料电池系统控制器设计与系统分析一体化建模方法示意图??同时如上文所述，本模型是采用常微分方程建立的集总参数模型，从而已经适用于控??制器的设计。而为了使该模型同时能够适应于系统分析精度的需求，对燃料电池进行分段??建模，从而可使分段模型同时适于分析燃料电池电堆内部温度分布、电流密度分布、水分??布等各种燃料电池系统运行分析量。燃料电池分段模型可被划分为若干个小分块，彼此气??路串联，电路并联，可通过改变彼此连接方式改变流道形状从而研究燃料电池内部流道形??状不同对系统性能的影响。通过增加或减少小块的数量即加深或减弱其扩展程度从而满足??不同情况系统分析精度需求，从而实现控制器设计与系统分析的一体化，示意图如图丨．４。??此外，本文提出了?一种新的思路，即在实际过程中以内部连接的分段常微分模型［１（）７］替代??运用偏微分方程建模的模型，从而更方便控制策略的设计与实施。??１．３．３质子交换膜燃料电池系统自适应热管理控制策略??本文针对上述燃料电池集总参数模型，提出了一个自适应热管理控制策略。由于燃料??电池系统中的多子系统耦合特性，本文中的模型是基于燃料电池反应的化学、物理机理建??立的，虽然主要针对的是热力学子系统，但仍会受到电气子系统与气路子系统中各变量的??影响。后文中的热管理控制策略相关章节中我们也将此部分温度子系统称为面向控制的??燃料电池热管理子系统。热管理子系统中有几个问题需要解决，首先，在实际

膜燃料电池集总参数分段建模）：｜?？？（第五章燃料电池■埋电池混合动力系统模型及能ｓｓ？配策略）１?；?Ｊ??；１?可扩展的质子＿離料电池系统?？?；?基于燃料电料电池＿锂电池?！?？?？??？?＊?集总参数动态分段模Ｍ与分布研究?！；?．：?混合动力系统平台开发?ｉ?（?＼??；?－－?一－?－－?．．．一—一＿—Ｉ??Ｊ?．?—?，?＼??Ｉ?（第六章）?Ｊ??Ｊ?总结与醒?Ｉ??Ｖ?????．一Ｊ?＊??Ｓ??图１．５论文研究内容组织结构图??１４??


本文编号：3348673