【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池进气系统的解耦控制方法
本专利技术涉及燃料电池进气系统
，具体涉及一种燃料电池进气系统的解耦控制方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(以下简称PEMFC)是将氢气和氧气的化学能转变为电能的装置，并且它被认为是传统发动机最有潜力的替代品。对于大功率PEMFC来说，空气供应子系统的瞬态行为对于提供所需的功率和延长PEMFC的使用寿命起着至关重要的作用。特别是对于车用燃料电池，由于路况复杂，负荷需求频繁，对PEMFC的动力动态响应、稳态跟踪提出了更高的要求。在众多的特性中，进入阴极的空气流量和阴极压力无疑是两个最关键的变量。低空气流量会导致氧饥饿破坏聚合物电解膜(PEM)，而当不同道路条件下车辆的功率需求变化时，高空气流量会增加寄生功率。另一方面，空气流量的变化会影响阴极压力。高阴极压力可以提高空气通过扩散层到达催化层的速率，从而提高催化速率。但同时，阴极与阳极之间的瞬时压差会影响PEM，从而对PEMFC造成不可逆的损伤。如何设计控制器将进入阴极的空气流量和压力解耦是研究的重要问题之一。综上所述，目前需要...
【技术保护点】
1.一种燃料电池进气系统的解耦控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、建立燃料电池进气系统模型，其中依次包括空气压缩机系统建模、进气歧管建模、阴极建模和节气门建模；/n在步骤一中，所述空气压缩机建模包括以下步骤：/n压缩机的出口流量与其速度呈正相关，与其压缩比呈负相关，因此通过扭矩平衡方程可建立压缩机的动态方程如下：/n采用带惯性的集总转动参数模型来表示压缩机转动角速度的动态特性，如下式(1):/n
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池进气系统的解耦控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、建立燃料电池进气系统模型，其中依次包括空气压缩机系统建模、进气歧管建模、阴极建模和节气门建模；
在步骤一中，所述空气压缩机建模包括以下步骤：
压缩机的出口流量与其速度呈正相关，与其压缩比呈负相关，因此通过扭矩平衡方程可建立压缩机的动态方程如下：
采用带惯性的集总转动参数模型来表示压缩机转动角速度的动态特性，如下式(1):
式中，ωcp是压缩机转动角速度，Jcp是压缩机的惯性指数，τcm是压缩机的转矩输入，τcp是驱动压缩机的所需转矩，t表示时间；
通过静态电机方程得出压缩机的电机转矩，见公式(2)：
式中，ηcm是电机效率，kt,Rcm，kv是压缩机的机械常数，vcm是压缩机电压；
根据热动力学方程得出驱动压缩机的所需转矩，见公式(3)：
式中，Cp是空气的比热容，Tatm是大气压下空气的温度，γ是空气的比热系数，psm是进气歧管的压力，patm是进气压力，ηcp是压缩机的效率，Wcp是压缩机输出的空气流率，由(4)式表示：
其中，Wcp是利用Matlab中的曲线拟合工具通过多项式拟合到处的压缩机流量，式中，pi,i＝1,...,8是拟合系数；
在步骤一中，所述进气歧管建模包括以下步骤：
根据质量守恒定律和理想气体定律，在进气歧管内的空气压力的动力学方程由(5)式表示：
式中，Ra是理想气体常数，Vsm是进气歧管体积，Tcp表示空气离开压缩机的温度，Wsm是流出进气歧管的流量并且等于流入阴极的流量；
Tcp和Wsm分别由下式(6)和(7)表示：
Wsm＝ksm(psm-pca)(7)
式中，ksm是流量常数，pca是阴极压力；
步骤一中，所述阴极建模包括以下步骤：
阴极的动力学描述了空气质量和压力的变化，由理想气体方程和电化学方程组成，由式(8)表示：
式中，Vca和和Ro2分别是阴极的体积和氧气气体常数，Tst是阴极的操作温度，Wo2，react是PEMFC实际消耗的氧气流量；
Wo2，react是关于负载电流Ist的方程，由(9)式表示：
式中，ncell是在PEMFC中单电池的数量，F是法拉第常数，是氧气的摩尔质量；
根据喷嘴流量方程计算出阴极出口流量Wca,out，由(10)式表示：
式中，CD,tr节气门排放系数，AT，tr是节气门开口面积，θ是调节阴极输出流量的节气门开度角，是一般气体常数；
步骤一中，所述节气门建模包括以下步骤：
燃料电池节气门的开度的动态特性可以近似为一阶方程，由(11)式表示：
式中，Ttr是节气门反应时间常数，θ*是节气门开度命令；
最后，将模型整理面向控制模型如式(...
【专利技术属性】
技术研发人员：高金武，刘华洋，胡云峰，陈虹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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