【摘 要】
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在质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统中,其运行控制及能量管理方法对燃料电池系统的工作效率以及寿命具有重要影响,本文围绕PEMFC的供气系统优化控制及能量管理策略等方面展开研究,论文具体研究内容及工作如下:（1）PEMFC系统建模与仿真分析。基于机理与经验建模方法,分别建立了PEMFC系统中的输出电压模型、膜水合模型、包含空压机、冷却器、加湿器的阴极侧气体供给系统模型以及包含入口电磁阀的阳极侧气体
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在质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统中,其运行控制及能量管理方法对燃料电池系统的工作效率以及寿命具有重要影响,本文围绕PEMFC的供气系统优化控制及能量管理策略等方面展开研究,论文具体研究内容及工作如下:（1）PEMFC系统建模与仿真分析。基于机理与经验建模方法,分别建立了PEMFC系统中的输出电压模型、膜水合模型、包含空压机、冷却器、加湿器的阴极侧气体供给系统模型以及包含入口电磁阀的阳极侧气体供给系统模型,并仿真验证了所建立的系统模型的正确性。（2）PEMFC系统性能影响因素及供气系统控制研究。研究了负载电流扰动和阴极阳极供气系统参数对系统性能的影响,通过仿真获取了不同负载电流所对应的最优过氧比的离线数据。基于离线数据就阴极供气系统提出了前馈加反馈控制和模糊控制的控制方案,使得燃料电池在系统运行过程中始终处于最优过氧比状态,进而达到效率最优。针对模糊控制过于依赖专家经验的问题,利用改进的粒子群（PSO）算法对其规则和权重进行优化,提高了模糊控制器的控制精度。同时,阳极供气系统采用阳极压力跟随阴极压力变化的策略,以减小阴极阳极之间的压力差,延长系统使用寿命。建立了仿真模型,对所提相关控制策略进行了仿真验证。（3）PEMFC动力系统能量管理策略研究。详细分析讨论了常用PEMFC动力系统拓扑结构的优缺点以及能量管理策略的约束条件和控制目标,针对PEMFC级联DC/DC变换器后与锂电池并联的动力系统,采用基于有限状态机的能量管理策略。在该控制策略下,即使出现负载突变,PEMFC的输出功率也能够以斜坡形式平缓地变化至指令值,且系统运行过程中燃料电池和锂电池始终工作在设定的工作区间范围内。同时建立了PEMFC动力系统仿真模型,仿真结果验证了所制定策略的有效性。
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