[發(fā)明專利]一種基于自抗擾控制方法的質(zhì)子交換膜燃料電池濕度控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911289079.3
• 申請(qǐng)日: 2019-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN111009674B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曦;徐江海;王學(xué)鵬;劉騫;甘玉坤;羅振威;萬忠民;丁躍澆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M8/04992
• 分類號(hào): H01M8/04992;H01M8/04828
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于自抗擾控制方法的質(zhì)子交換膜燃料電池濕度控制方法。包括以下步驟：Step1:建立PEMFC動(dòng)態(tài)水管理模型，主要包括：陰極水平衡模型、陽極水平衡模型、膜水合模型、電壓模型。Step2：利用自抗擾控制技術(shù)的抗干擾和抑制性能對(duì)燃料電池動(dòng)態(tài)水管理模型進(jìn)行濕度控制，通過控制陰極進(jìn)氣濕度來調(diào)節(jié)電池工作濕度。Step3：利用Matlab和Simulink進(jìn)行仿真分析，同時(shí)將自抗擾控制技術(shù)的濕度控制與傳統(tǒng)的PID控制和模糊PID控制方法進(jìn)行對(duì)比。與傳統(tǒng)PID控制器和模糊PID控制器相比，本發(fā)明的自抗擾控制器改善了質(zhì)子交換膜燃料電池濕度的抗干擾與跟蹤控制性能，具有更高的控制精度、更快的響應(yīng)速度和更小的超調(diào)量，更能滿足控制的需求。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于自抗擾控制方法的質(zhì)子交換膜燃料電池濕度控制方法。

背景技術(shù)：

質(zhì)子交換膜燃料電池是目前應(yīng)用最廣泛的燃料電池之一。質(zhì)子交換膜燃料電池的水含量對(duì)其導(dǎo)電性具有關(guān)鍵作用。水含量太低導(dǎo)致膜干燥，增加了離子電阻及歐姆損耗，加劇了電壓降。水含量太高會(huì)導(dǎo)致“水淹”，阻塞多孔通道，降低反應(yīng)物到催化劑位點(diǎn)的傳輸速率。不適當(dāng)?shù)臐穸葪l件不僅會(huì)降低燃料電池的性能和效率，甚至?xí)?dǎo)致內(nèi)部組件如催化劑或膜的不可逆的降解。這將導(dǎo)致催化劑在交替的干濕條件下脫落并且損壞膜。因此，采用高效的控制方法對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池膜的濕度進(jìn)行控制顯得至關(guān)重要。然而，在質(zhì)子交換膜燃料電池動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，由于許多變量相互關(guān)聯(lián)，例如質(zhì)量傳遞現(xiàn)象，操作溫度，入口氣體的相對(duì)濕度等，所以控制膜中的水含量是有挑戰(zhàn)性的。在動(dòng)態(tài)過程中，質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部參數(shù)具有很強(qiáng)的非線性和不確定性，給水管理控制帶來了很大的困難。若能以全干擾的形式處理燃料電池電堆壓力、工作溫度等未知?jiǎng)討B(tài)擾動(dòng)，則通過對(duì)全干擾的一次估計(jì)和消除，可以大大降低控制設(shè)計(jì)的難度。自抗擾控制(ADRC)?策略為這種干擾估計(jì)和消除提供了一種手段。本發(fā)明根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電池的動(dòng)態(tài)特性，利用自抗擾控制的干擾估計(jì)和抑制功能，提出了一種高效的質(zhì)子交換膜燃料電池濕度調(diào)節(jié)干擾抑制方案。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的主要目的是針對(duì)PEMFC動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中水管理現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供了一種基于自抗擾控制技術(shù)的PEMFC濕度控制方法，通過控制陰極進(jìn)氣濕度來調(diào)節(jié)燃料電池的工作濕度，有效減少電池濕度在動(dòng)態(tài)負(fù)載下的波動(dòng)，確保電池濕度保持在最佳工作狀態(tài)，有效提高電池的性能。

技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的基于自抗擾控制技術(shù)的PEMFC濕度控制方法，包括以下步驟：

Step1:建立PEMFC動(dòng)態(tài)水管理模型，主要包括：陰極水平衡模型、陽極水平衡模型、膜水合模型、電壓模型。

Step2：利用自抗擾控制技術(shù)的抗干擾和抑制性能對(duì)燃料電池動(dòng)態(tài)水管理模型進(jìn)行濕度控制，通過控制陰極進(jìn)氣濕度來調(diào)節(jié)電池工作濕度，利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)外部總擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)與反饋，確保電池濕度保持在最佳狀態(tài)，提高電池性能。

Step3：利用Matlab和Simulink進(jìn)行仿真分析，同時(shí)將自抗擾控制技術(shù)的濕度控制與傳統(tǒng)的PID控制和模糊PID控制方法進(jìn)行對(duì)比，突出本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。

Step4：分析驗(yàn)證了不同溫度下自抗擾控制技術(shù)的濕度控制的抗干擾性能和跟蹤性能，確保了本發(fā)明在不同溫度場(chǎng)合下的有效性和可靠性。

Step5：結(jié)合自抗擾控制技術(shù)的濕度控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)誤差很小，說明本發(fā)明是可行的。

有益效果：本發(fā)明公開了一種基于自抗擾控制技術(shù)的質(zhì)子交換膜燃料電池水管理控制方法；與傳統(tǒng)PID控制器和模糊PID控制器相比，本發(fā)明的自抗擾控制器改善了質(zhì)子交換膜燃料電池濕度的抗干擾與跟蹤控制性能，具有更高的控制精度、更快的響應(yīng)速度和更小的超調(diào)量，更能滿足控制的需求。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明技術(shù)流程圖；