[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池氣體供應(yīng)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911149725.6
• 申請(qǐng)日: 2019-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN110838590B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張承慧;陳晶;孫波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04082
• 分類號(hào): H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04746;H01M8/04992
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池氣體供應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征是：包括依次連接的流量控制器、PID控制器和PID參數(shù)計(jì)算模塊,流量控制器連接質(zhì)子交換膜燃料電池氣體輸入端；PID參數(shù)計(jì)算模塊用于根據(jù)獲取的燃料電池陰極和陽極之間的壓強(qiáng)差值，采用遺傳算法迭代計(jì)算PID控制器的PID參數(shù)值，并輸入至PID控制器；

所述PID控制器采用PID控制算法根據(jù)獲取的燃料電池的陰極和陽極的壓強(qiáng)信號(hào)，生成陽極和陰極的氣體流量控制信號(hào)，傳輸至流量控制器，通過流量控制器控制燃料電池陽極和陰極的氣體流量；

PID參數(shù)計(jì)算模塊采用的遺傳算法以燃料電池陰極和陽極之間的壓強(qiáng)差最小為目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)為：

其中，e(t)為燃料電池陰極和陽極之間的氣體壓強(qiáng)差，t為時(shí)間；

還包括模糊控制器，所述模糊控制器根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的壓強(qiáng)信號(hào)與設(shè)定值的誤差值和誤差值變化率，采用模糊算法實(shí)時(shí)計(jì)算PID控制器的整定值并輸入至PID控制器。

2.如權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池氣體供應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征是：流量控制器包括陰極流量控制器和陽極流量控制器，PID控制器包括陽極PID控制器和陰極PID控制器，所述陽極PID控制器、陽極流量控制器與燃料電池陽極氣體輸入端依次連接；所述陰極PID控制器、陰極流量控制器與燃料電池陰極氣體輸入端依次連接。

3.如權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池氣體供應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征是：模糊控制器包括陰極模糊控制器和陽極模糊控制器，陰極模糊控制器的輸入端輸入為陰極氣體壓強(qiáng)誤差值和誤差值變化率，通過自適應(yīng)模糊推理，輸出陰極參數(shù)PID參數(shù)調(diào)整值至陰極PID控制器；陽極模糊控制器的輸入端輸入為陽極氣體壓強(qiáng)誤差值和誤差值變化率，通過自適應(yīng)模糊推理，輸出陽極參數(shù)PID參數(shù)調(diào)整值至陽極PID控制器。

4.一種質(zhì)子交換膜燃料電池氣體供應(yīng)控制方法，其特征是，包括如下步驟：

獲取測量得到的燃料電池的陰極和陽極的實(shí)際氣體壓強(qiáng)；

計(jì)算燃料電池陰極和陽極之間的壓強(qiáng)差值；

根據(jù)計(jì)算獲取的燃料電池陰極和陽極之間的壓強(qiáng)差值，并以壓強(qiáng)差值最小為目標(biāo)函數(shù)，采用遺傳算法迭代計(jì)算獲得PID控制器的PID參數(shù)值；

根據(jù)獲得PID參數(shù)值，采用PID控制算法在線自適應(yīng)調(diào)節(jié)燃料電池的陽極和陰極的輸入氣體流量；

采用遺傳算法迭代計(jì)算獲得PID控制器的PID參數(shù)值的方法，具體步驟包括：

步驟31、定義PID控制器的K_p、K_i、K_d三個(gè)參數(shù)取值范圍和編碼長度，并采用二進(jìn)制編碼方式進(jìn)行編碼；

步驟32、參數(shù)初始化，定義群體規(guī)模、交叉概率和變異概率；

步驟32、對(duì)隨機(jī)產(chǎn)生的初始種群進(jìn)行適應(yīng)度函數(shù)即目標(biāo)函數(shù)評(píng)價(jià)；

步驟33、基于個(gè)體適應(yīng)度值，對(duì)其進(jìn)行選擇操作，保留其中若干精英個(gè)體；結(jié)合交叉概率值和變異概率值進(jìn)行交叉操作和變異操作，產(chǎn)生的交叉后代和變異后代作為模擬退火算法的初始點(diǎn)，進(jìn)行模擬退火，產(chǎn)生新的個(gè)體，與保留的精英個(gè)體組成新的種群；

步驟34、重復(fù)步驟32和步驟33，直至參數(shù)逐漸收斂或得到最優(yōu)解。

5.如權(quán)利要求4所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池氣體供應(yīng)控制方法，其特征是，還包括采用模糊控制算法在線自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)PID參數(shù)的步驟，具體方法包括：

分別設(shè)定燃料電池的陰極和陽極的氣體壓強(qiáng)設(shè)定值；

根據(jù)設(shè)定的氣體壓強(qiáng)設(shè)定值與獲取的實(shí)際氣體壓強(qiáng)數(shù)值，分別計(jì)算燃料電池的陰極氣體壓強(qiáng)誤差值和陽極氣體壓強(qiáng)誤差值，以及陰極氣體壓強(qiáng)誤差值的變化率和陽極氣體壓強(qiáng)誤差值的變化率；

分別以陽極氣體壓強(qiáng)誤差值和誤差值變化率以及陰極氣體壓強(qiáng)誤差值和誤差值變化率為輸入信號(hào)，采用在線自適應(yīng)模糊推理，分別輸出陽極PID控制器和陰極PID控制器的PID參數(shù)調(diào)整值；

將采用遺傳算法迭代計(jì)算獲得的PID控制器的PID參數(shù)值與參數(shù)調(diào)整值疊加計(jì)算，實(shí)時(shí)更新PID控制器的PID參數(shù)值。