[發(fā)明專利]一種利用時滯信息的陰極開放式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011513595.2
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112652794B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王亞雄;陳銓;林飛;陳錦洲
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/0432;H01M8/04701;H01M8/04992
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種利用時滯信息的陰極開放式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及方法，在系統(tǒng)中搭建考慮燃料電池電堆電壓與含水量關(guān)系的電堆溫度動態(tài)描述模型，結(jié)合燃料電池電堆溫度及其變化率觀測系統(tǒng)并利用時滯信息對燃料電池電堆溫度進(jìn)行控制；燃料電池電堆溫度及其變化率觀測系統(tǒng)用來估計燃料電池電堆溫度及其變化率，通過溫度動態(tài)描述模型中可測物理量的時滯信息設(shè)計燃料電池?zé)峁芾砜刂破鳎剂想姵責(zé)崮Ｐ筒淮_定性以及包括環(huán)境溫度和工作電流在內(nèi)的已知干擾與未知擾動，燃料電池?zé)峁芾砜刂破鹘Y(jié)合燃料電池電堆溫度及其變化率觀測系統(tǒng)能夠在噪聲干擾下較為準(zhǔn)確地估計燃料電池電堆溫度及其變化率，減小溫度測量噪聲對熱穩(wěn)定性的影響進(jìn)而較好地控制電堆溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域，特別是一種利用時滯信息的陰極開放式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，全球能源、環(huán)境問題日益嚴(yán)重，世界各國都在積極尋求應(yīng)對方案，在汽車領(lǐng)域大力推進(jìn)新能源汽車的目的也正是如此。新能源汽車有不同的類型，其中，燃料電池汽車不僅能夠在燃料上實現(xiàn)對燃油的完全替代，而且具有“零排放”，能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料來源多樣并可靈活取自于可再生能源等優(yōu)勢，因而被認(rèn)為是實現(xiàn)未來汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一，也是解決全球能源和環(huán)境問題的理想方案之一。

燃料電池是一種以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料與氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置。目前，全世界已有多種高性能燃料電池汽車產(chǎn)品初步進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用階段。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池具有高比功率、可快速啟動、無腐蝕性、反應(yīng)溫度低、氧化劑需求低等優(yōu)勢，是當(dāng)前燃料電池汽車的首選。其中，陰極開放式質(zhì)子交換模燃料電池?fù)碛袠O簡的輔助系統(tǒng)，非常適合作為便攜式移動電源應(yīng)用。但質(zhì)子交換膜的適宜工作溫度范圍相對而言較窄。若電堆溫度太低，會降低質(zhì)子交換膜中水分的蒸發(fā)，從而導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)速率變慢，使電池性能降低。然而，電堆溫度過高，會使質(zhì)子交換膜中的水分過度蒸發(fā)，導(dǎo)致濕度降低，這既降低了質(zhì)子傳導(dǎo)性，也會損害質(zhì)子交換膜。

因此采用正確的控制策略才能為質(zhì)子交換膜燃料電池提供適宜的工作溫度。這對提高燃料電池的功率和延長壽命來說至關(guān)重要，也是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種利用時滯信息的陰極開放式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及方法，實現(xiàn)對燃料電池有效的熱管理。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種利用時滯信息的陰極開放式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括陰極開放式燃料電池、外接負(fù)載、PC上位機(jī)、Arduino Nano開發(fā)板、溫度傳感器、直流電機(jī)PWM調(diào)速模塊和直流風(fēng)扇組；所述陰極開放式燃料電池與外接負(fù)載連接，用以為外接負(fù)載供電；所述溫度傳感器用于讀取所述陰極開放式燃料電池的溫度信息；所述ArduinoNano開發(fā)板分別與所述溫度傳感器和所述上位機(jī)連接，用以將所述溫度傳感器讀取的溫度信息通過所述Arduino Nano開發(fā)板上傳到所述PC上位機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控，并通過所述PC上位機(jī)將帶有時滯信息的控制器計算程序下載至所述Arduino Nano開發(fā)板中以實時計算控制率；所述Arduino Nano開發(fā)板還與所述直流電機(jī)PWM調(diào)速模塊連接，所述直流電機(jī)PWM調(diào)速模塊還與所述直流風(fēng)扇組連接，用以將Arduino Nano開發(fā)板實時計算的控制率以PWM信號傳至直流電機(jī)PWM調(diào)速模塊對所述直流風(fēng)扇組進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，進(jìn)而對電堆溫度有效控制以實現(xiàn)燃料電池?zé)峁芾怼?/p>

進(jìn)一步地，所述溫度傳感器采用的是微型熱電偶。

進(jìn)一步地，所述直流電機(jī)PWM調(diào)速模塊采用的是型號為XH-M222的調(diào)速模塊。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種利用時滯信息的陰極開放式燃料電池?zé)峁芾矸椒ǎㄒ韵虏襟E：

步驟S1：針對陰極開放式燃料電池?zé)崽匦裕罱紤]陰極開放式燃料電池電堆電壓與含水量關(guān)系的電堆溫度動態(tài)描述模型，用以描述電堆溫度的動態(tài)變化特性；