质子交换膜燃料电池系统是燃料电池汽车的能量源,其性能与寿命是影响燃料电池汽车发展的重要因素。对PEMFC系统进行建模与仿真是对其进行研究的重要手段,科学有效的控制是提高其寿命和性能的重要方法。本文主要对PEMFC系统进行建模、仿真与控制。首先对阴极供气系统、阳极供气系统、热管理系统、燃料电池电堆进行分析与建模;然后对所建立模型进行相应工作特性仿真,最后根据仿真结果确定供气系统与热管理系统控制方法并验证其科学性与有效性。主要研究工作如下:(1)分析并建立PEMFC阴极供气系统、阳极供气系统、热管理系统模型。根据理论公式建立PEMFC电压模型,对温度和压力对于其输出电压、活化电压损失、欧姆电压损失、浓度电压损失的影响进行仿真。建立电堆阴极流道和阳极流道模型、质子交换膜湿度模型、电堆温度变化模型,为仿真打下基础。(2)对阴极供气系统空压机转速对于阴极进气流量、进气压力的影响,中冷器冷却液流量对于空气冷却效果的影响进行仿真;对阳极供气系统减压阀定压控制,减压阀开度对于氢气流量的影响,电流变化下阳极进出气流量、氢气消耗流量的变化进行仿真;对电堆在定电流与变电流条件下阴极进气压力对于输出电压,输出功率与净输出功率的影响进行仿真;对热管理系统在电流变化下不同流量冷却液冷却效果,冷却液流量跟随电流变化冷却效果,温度变化下质子交换膜湿度变化、电堆输出电压变化进行仿真。(3)根据仿真结果电堆温度过高会引起质子交换膜失水,温度过低不利于电堆性能发挥,需要控制电堆温度在合理的范围内。设计模糊PID控制器,以电堆温度与目标温度差值和差值变化率作为输入,水泵电压作为输出,控制冷却液流量,使电堆温度保持在66℃至70℃。通过仿真,在电流变化为15A时,电堆温度在目标温度68℃处的波动小于1.6℃,能够保持在理想范围内。(4)根据仿真结果发现在某一电流下存在空压机供气量使电堆净输出功率最佳,且不同电流下使净输出功率最佳的空压机供气量不同。将不同电流下空压机产生最佳净输出功率下的过氧比为控制目标,采用预测控制方法,控制空压机供气量保持在不同电流下的最佳过氧比。通过仿真,在电流变化下,空压机供气量可跟随最佳过氧比变化,在保证供气量的同时降低空压机功耗,有利于提高系统的净功率输出。