2019年燃料电池控制技术介绍.pdf

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1、燃料电池控制技术介绍同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所大纲1.燃料电池系统基本原理2.空气供应系统控制技术3.氢气供应系统控制技术4.水热管理系统控制技术5.电堆内部状态诊断技术同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所个人介绍2008年1月毕业于上海交通大学/自动控制专业，获博士学位研究方向：氢燃料电池发动机的建模/控制/集成技术发表论文：近100篇，其中SCI 论文20篇发明专利：授权发明专利11项承担项目：国家自然基金/国家863/科技部重大仪器专项/国家科技支撑计划等项目/十三五重大专项陈凤祥，男，1978年，同济大学/汽车学院 博士生导师/副教授基础领域：控制理论与控制工程、人工智能

2、邮箱：手机：13918413603同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所1.燃料电池系统基本原理 电催化反应原理电催化反应原理 单电池结构组成单电池结构组成特点:1)效率高(60%)2)零排放(仅生成水)3)噪声小4)温度低(80度左右)5)启动快同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所1.燃料电池系统基本原理 电堆电堆通常情况下，单节燃料电池的工作电压在 0.6 0.7 V。为达到应用所需的电压和功率要求，需将多个单电池串连在一起组成电堆，如上图所示：一定数量的MEA、双极板和密封件交替重复叠放在一起，两端再分别加装集流板、绝缘板和端板，在一定的压力下组装即可。类似于电池干电池串联同济大学 燃

3、料电池系统集成与控制研究所1.燃料电池系统基本原理膜电极 membrane electrode assembly(MEA)由电解质膜（PEM）和分别位于其两侧的气体扩散层电极（GDE）或催化剂涂覆膜（CCM）和分别置于其两侧的气体扩散层（GDL）通过一定的工艺组合而成。质子交换膜催化层微孔层扩散层 膜电极（膜电极（MEA）同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所1.燃料电池系统基本原理典型FCV 动力系统拓扑结构图FCDC/DCControllerMotorBatteryH2Air（混合型燃料电池汽车，FC作主动力源，电池为辅助电源）同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所1.燃料电池系统基本原理

4、温度温度压力压力流量流量湿度湿度同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所2.空气供应系统控制技术同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所空气供应系统拓扑结构电堆控制器空压机中冷器和加湿器空气过滤器背压阀大气大气SS空气流量空气压力背压阀控制信号空压机控制信号空气流动方向S传感器同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所关键问题1：空气供应背压和流量的相对独立控制对策：全工况范围内（高海拔，高功率，低功率）的空气背压和流量的自适应鲁棒解耦控制技术同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所系统辨识同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所系统辨识序号12345673000400050006000700080009

5、00035404550556065ini辨识点：同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所控制器设计同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所控制器设计空气系统控制：传统的PID控制难以有效解决压力与流量环路间的相互影响，需进行解耦流量控制器流量设定压力设定N21N12压力控制器前馈补偿解耦器系统G11(s)G21(s)G12(s)G22(s)y2y1u1u2v2v1同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所离心式空压机喘振空压机的实际工作点在喘振线附近。一旦工作点落入喘振区，空气供气流量和压力会大幅波动，从而可能导致电堆缺氧，阴阳极压差过大致使膜破裂，空压机损坏等后果。喘振线同济大学 燃料电池系统集成与

6、控制研究所3.氢气供应系统控制技术同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所压力控制关键问题 1：阴阳极压差处于合理范围内对策：通过高速电磁阀实现阳极压力快速随动控制PEMFCHydrogen TankReducing ValvePurge ValveNozzleHigh speedSolenoid valve共轨系统同济大学 燃料电池系统集成与控制研究所压力控制基本框架AnodeC(s)1()C s2()C sihPurge()r tCurrent loadRoundCommon rail0()C su u前馈：解决电流扰动和排氢扰动堆压力波动的抑制问题整