分会场

燃料电池与储能

摘要

针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）空气流量控制问题，搭建了包括空压机、供气管路、冷却器、阴极流场、排气管路和背压阀在内的空气供给系统模型；利用粒子群算法，结合测试数据，对空压机模型中的参数进行了辨识；采用扩张状态观测器方法对无法直接测量的阴极流场压力进行了估计；在此基础上基于模型预测控制（MPC）策略设计了空气流量控制器。基于MATLAB建立了燃料电池空气供给系统仿真平台进行了仿真研究，仿真结果表明，所设计的阴极压力观测器精度高、鲁棒性好，能够为控制器提供可靠数据；所提出的空气流量控制方法可针对工况变化做出快速、准确的响应。最后，将所开发的空气流量控制器应用到15kW燃料电池系统中，并与PID控制器的控制效果作对比，试验结果表明，基于MPC的空气流量控制器最大稳态误差平均降低5%，动态响应时间和超调量平均减少3%和10%，有效提高了PEMFC系统效率。

关键词

质子交换膜燃料电池;空气供给系统;扩张状态观测器;模型预测控制

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