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PEM燃料电池空气供给系统氧匮乏的模型预测控制

Model Predictive Control for Oxygen Starvation in Air Supply System of PEM Fuel Cell

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【作者】 于树友陈虹张东波郭洪艳

【Author】 Yu Shuyou 1,Chen Hong 1,Zhang Dongbo 2,Guo Hongyan 1 1.Dept.Control Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130025,P.R.China 2.Research and Development Center,FAW,Changchun 130011,P.R.China

【机构】 吉林大学控制科学与工程系中国第一汽车集团公司技术中心

【摘要】 质子交换膜(PEM)燃料电池因其高效、低污染、良好的环境友好性及紧凑的物理结构被认为是最有前途的车载动力源之一。阴极侧氧气的供给是影响PEM燃料电池输出功率和使用寿命的重要因素。当电池负载增加时,其输出电流也将发生变化,此时电堆内部化学反应进程加速,反应气体质量减少,如果不及时加以控制,就会导致空气供给系统氧匮乏问题的产生。基于Pukrushpan建立的反应气体流率模型,本文讨论了PEM燃料电池空气供给系统氧匮乏的模型预测控制。设计的控制系统在负载电流需求发生变化时,可以通过调节进气歧管压力,改变阴极入口氧气流量,使燃料电池系统效率保持在期望值附近,同时保证满足系统的约束。

【Abstract】 Proton exchange membrane(PEM) fuel cell stack is considered as promising vehicle power source because of its outstanding performance and compact structure.The supply of oxygen to the cathode is one of the key factors in operation of a fuel cell stack.When current is drawn from a fuel cell,the air supply system should replace the reacted oxygen.Otherwise the cathode will suffer from oxygen starvation which damages the stack and limits the power response of the fuel cell.A model predictive control is designed to regulate the excess oxygen ratio in the cathode during step changes in fuel cell current demand.Simulation results indicate that the design system can improve the dynamic performance and gain well control effect as well as satisfying the constraints.

【基金】 国家杰出青年科学基金项目(编号60725311);教育部新世纪优秀人才支持计划(2004)资助;国家留学基金委“国家建设高水平大学公派研究生项目”资助
  • 【会议录名称】 第二十七届中国控制会议论文集
  • 【会议名称】第二十七届中国控制会议
  • 【会议时间】2008-07-16
  • 【会议地点】中国云南昆明
  • 【分类号】TM911.4
  • 【主办单位】中国自动化学会控制理论专业委员会(Technical Committee on Control Theory,Chinese Association of Automation)
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