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质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是一种利用燃料和氧化剂的电化学反应生成电能的能量转化装置。具有能量密度大、工作效率高、工作温度低、响应快、运行稳定等显著优点,适用于移动电源、新能源汽车以及分布式发电,具有很大的发展潜力。本文主要针对PEMFC系统整体建模、系统供气控制方法和PEMFC监控系统的设计展开研究,主要包括:(1)根据PEMFC的基本结构和工作原理,建立PEMFC电压子系统、阴极空气供给系统子系统、阳极氢气供给子系统、加湿器子系统、冷却子系统、空压机以及整个PEMFC系统的数学模型,并且借助Matlab/Simulink搭建PEMFC系统仿真平台。(2)为了使得PEMFC系统输出更多的净功率,对PEMFC供气系统控制方法展开研究。分别采用PID控制器和模糊控制器来控制空压机电压来调节阴极内OER,通过分析仿真结果,两种控制方法都能使得系统OER维持在理想值附近,但是PID控制器存在着响应不够及时、空压机工作电压波动大、系统输出净功率不稳定等问题;模糊控制器响应及时、系统输出净功率稳定,但是需求较准确的专家经验来完善模糊控制器规则库,专家经验是否准确直接影响模糊控制器的控制精度。(3)选择模糊控制器来控制空压机工作电压。针对专家经验不够准确这一问题,本文采用粒子群算法来分别优化模糊规则库的规则和规则权重。仿真结果表明优化后的模糊控制器控制精度大幅度提升,OER曲线近似与理想值曲线重合,空压机工作电压波动明显减少,系统输出净功率有所提高。(4)为了避免质子交换膜两侧压力差对交换膜产生弯曲应力作用,采用PID控制器来调节阳极氢气的流量。仿真结果表明该控制方法使得阳极和阴极之间的压力差几乎不存在,过氢比(Hydrogen Excess Ratio,HER)接近1,也保证流入阳极的氢气被电化学反应完全消耗。(5)PEMFC监控系统的设计。为了更好地分析PEMFC系统的动态特性以及更好地调整对其控制方法,建立PEMFC监控系统是十分重要的。该监控系统主要由PC监控终端、主控制系统和电池电压检测系统三个部分组成。电压检测系统主要功能是检测电堆内单体电池的工作电压,通过CAN网络把电压信号发送至PC监控终端和主控系统,方便对PEMFC系统电压的监控。主控制系统主要功能是通过多路传感器采集PEMFC系统的信息参数并经过处理后经过CAN网络传输到上位机并且接受上位机的控制指令从而实现对PEMFC系统的调节。