基于PEMFC系统的模型优化与仿真

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作者 王小龙 李梦达 +1 位作者 李万里 裴光耀 《太阳能学报》 北大核心 2025年第8期263-268,共6页

为提高质子交换膜氢燃料电池在实际工况中的应用效率,根据实际电堆性能与质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)的工作原理对现有的能斯特电动势模型进行改进,结合机理建模和辨识建模方法,建立效率更高、稳定性更好的新型PEMFC系统模型,基于Matla... 为提高质子交换膜氢燃料电池在实际工况中的应用效率,根据实际电堆性能与质子交换膜氢燃料电池(PEMFC)的工作原理对现有的能斯特电动势模型进行改进,结合机理建模和辨识建模方法,建立效率更高、稳定性更好的新型PEMFC系统模型,基于Matlab等平台对该模型进行仿真验证分析。结果表明,新型PEMFC系统模型能够直观反映电堆输出电压、输出功率、电池效率受温度、氢氧比、压差等参数影响的变化趋势,相较于传统PEMFC系统模型,在电池效率、续航、稳定性等方面有较大提升。 展开更多

关键词 氢燃料电池 pemfc系统模型 能斯特电动势 极化反应

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面向PEMFC系统的多输入单输出ELM-Hammerstein建模与参数辨识

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作者 樊亚敏 刘喜梅 +2 位作者 李梅航 吴青峰 何俊强 《太阳能学报》 北大核心 2025年第9期426-436,共11页

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统建模过程中存在的动态响应复杂、非线性关系难以准确表征等问题,提出一种基于多输入单输出Hammerstein结构的PEMFC整体系统建模与参数辨识新方法。首先,利用极限学习机(ELM)网络描述Hammerstein模型... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统建模过程中存在的动态响应复杂、非线性关系难以准确表征等问题,提出一种基于多输入单输出Hammerstein结构的PEMFC整体系统建模与参数辨识新方法。首先,利用极限学习机(ELM)网络描述Hammerstein模型的输入非线性环节,构造能准确反映PEMFC系统动静态特性的模型框架。其次,利用关键项分离技术构造辨识模型,结合辅助模型思想推导辅助模型递推最小二乘(AM-RLS)算法和辅助模型遗忘梯度(AM-FG)算法对模型进行参数辨识。最后,将弹性网络(ElasticNet)与互信息分析(MIA)结合筛选与输出电能质量具有强关联性的可控变量,降低建模复杂度的同时提升计算效率。通过动态和稳态电流工况下的实测数据进行仿真验证,结果表明所建模型能够精准预测PEMFC的输出电压变化趋势,准确反映输出电能的质量波动情况。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 系统辨识 预测 ELM-Hammerstein模型 辅助模型思想

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高温PEMFC的性能衰减研究与一维数值模拟 被引量：3

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作者 胡经纬 张华民 +2 位作者 翟云峰 刘刚 衣宝廉 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第12期977-981,共5页

以PBI/H3PO4体系高温质子交换膜燃料电池为研究对象,进行了500h恒负载条件下的连续寿命实验,运用电化学电位扫描技术和交流阻抗技术测试了电池在连续运行过程中的电化学活性面积(AEC)和电池内阻的变化,实验结果表明在500h的连续寿命实验... 以PBI/H3PO4体系高温质子交换膜燃料电池为研究对象,进行了500h恒负载条件下的连续寿命实验,运用电化学电位扫描技术和交流阻抗技术测试了电池在连续运行过程中的电化学活性面积(AEC)和电池内阻的变化,实验结果表明在500h的连续寿命实验中,电池性能衰减的主要原因是高温操作条件下由于催化剂的烧结造成的电化学活性面积的损失。同时,建立了基于高温体系的一维数学模型,利用电化学方法测试得到的两个重要参数——体交换电流密度和电池内阻作为模型输入参数,计算了电极扩散层的反应气体浓度分布,运用模型模拟了电池在连续寿命实验中不同时间的稳态极化曲线,模拟结果和实验结果基本一致。 展开更多

关键词 PBI/H3PO4体系 高温pemfc 性能衰减 一维模型 电化学活性面积

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PEMFC并网发电系统建模与优化控制 被引量：1

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作者 蔡国伟 孔令国 《中国电力》 CSCD 北大核心 2016年第11期75-81,共7页

结合质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策... 结合质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。 展开更多

关键词 燃料电池 pemfc 并网发电 同步并网 系统建模 控制策略

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基于灰色预测的空冷型PEMFC发电系统实时最优温度无模型自适应控制 被引量：7

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作者 尹良震 刘璐 +1 位作者 李奇 陈维荣 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期164-171,共8页

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的输出性能受工作温度、气体流速、尾气排放间隔等操作参数的影响,其中工作温度是影响输出性能的关键因素。针对空冷型PEMFC发电系统温度控制所具有的非线性、时滞、慢时变等复杂特性,提出基于... 空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的输出性能受工作温度、气体流速、尾气排放间隔等操作参数的影响,其中工作温度是影响输出性能的关键因素。针对空冷型PEMFC发电系统温度控制所具有的非线性、时滞、慢时变等复杂特性,提出基于灰色预测的无模型自适应控制方法实现实时最优温度控制。该方法将灰色预测的结果代替发电系统当前工作温度测量值。实验结果表明:所提方法能够在不同负载条件下实现对发电系统最优温度进行实时跟踪。与增量式PID控制相比,所提方法有效减小了系统的超调,使发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。且所提方法仅根据PEMFC输入输出数据在线对控制器进行调整,对PEMFC参数不敏感,可应用于类似空冷型PEMFC发电系统。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池发电系统 最优温度特性 灰色预测 无模型自适应控制 实时控制

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车用高压质子交换膜燃料电池系统建模与仿真 被引量：12

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作者 周苏 张传升 陈凤翔 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1469-1476,共8页

将车用高压质子交换膜燃料电池系统作为一种新型车辆动力的研究对象,结合机理建模和试验建模两种建模方法,建立了较为完整的系统级高压质子交换膜燃料电池系统的数学模型。该模型包括电堆、空气系统、气气增湿、氢气系统、冷却系统五个... 将车用高压质子交换膜燃料电池系统作为一种新型车辆动力的研究对象,结合机理建模和试验建模两种建模方法,建立了较为完整的系统级高压质子交换膜燃料电池系统的数学模型。该模型包括电堆、空气系统、气气增湿、氢气系统、冷却系统五个模块,通过试验数据为系统的非线性环节建立表格模型。针对一款83kW车用高压PEMFC系统,使用Matlab/Simnlink软件进行了仿真计算,给出了空气压力、温度、湿度、氧气过量系数、系统电压等仿真结果,并通过实验数据对该模型进行了验证。对比了高压系统与低压系统的效率,仿真结果表明在低电流区间高压系统效率低于低压系统,而在高电流区间高压系统效率高于低压系统。 展开更多

关键词 高压 质子交换膜燃料电池系统 建模 仿真

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燃料电池系统空气供应内模解耦控制器设计 被引量：13

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作者 陈凤祥 陈兴 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期1924-1930,共7页

针对高压质子交换膜燃料电池空气供应系统的空气流量和进气压力具有较强的耦合性这个特性,将内模控制原理与多变量解耦控制理论相结合,提出了空气流量和进气压力的鲁棒解耦控制策略.仿真结果表明,采用内模解耦控制不仅能实现被控量的解... 针对高压质子交换膜燃料电池空气供应系统的空气流量和进气压力具有较强的耦合性这个特性,将内模控制原理与多变量解耦控制理论相结合,提出了空气流量和进气压力的鲁棒解耦控制策略.仿真结果表明,采用内模解耦控制不仅能实现被控量的解耦,而且在系统模型失配的情况下可以获得比传统PID(比例-积分-微分)解耦控制器更好的鲁棒性;同时控制器参数少,整定简单. 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 空气供应系统 内模解耦控制 高压

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车用质子交换膜燃料电池系统中气/气增湿器动态建模与影响因素分析 被引量：1

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作者 纪光霁 陈凤祥 +2 位作者 马天才 周苏 章桐 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期663-668,672,共7页

为研究车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的动静态特性,调节电堆入口气体相对湿度,匹配和优化PEMFC系统,本文中建立了其气/气(G/G)增湿器的动态数学模型,特别考虑了膜中水传递的动态特性。从PEMFC系统层面上对增湿器干侧出口气体相对... 为研究车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的动静态特性,调节电堆入口气体相对湿度,匹配和优化PEMFC系统,本文中建立了其气/气(G/G)增湿器的动态数学模型,特别考虑了膜中水传递的动态特性。从PEMFC系统层面上对增湿器干侧出口气体相对湿度的若干影响因素进行了分析,得出一些有益的结论。 展开更多

关键词 车用pemfc系统 气气增湿器 动态模型 影响因素分析

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基于神经网络辨识的质子交换膜燃料电池建模 被引量：7

9

作者 卫东 曹广益 朱新坚 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2003年第6期817-819,共3页

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统过于复杂,难以建模,而已建立的模型难以满足PEMFC控制系统设计和应用的要求。本文利用神经网络具有逼近任意复杂非线性函数的能力,将神经网络辨识方法应用到PEMFC强非线性系统的建模中,避开了PEMFC系... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统过于复杂,难以建模,而已建立的模型难以满足PEMFC控制系统设计和应用的要求。本文利用神经网络具有逼近任意复杂非线性函数的能力,将神经网络辨识方法应用到PEMFC强非线性系统的建模中,避开了PEMFC系统内部的复杂性。模型以电池工作温度为神经网络辨识模型的输入量,电池电压、电流密度为输出量,利用500组实验数据作为训练样本,采用改进型BP算法,建立了不同温度下电池电压-电流密度动态响应模型。仿真结果表明,方法可行,建立的模型精度较高,从而为设计PEMFC实时控制系统奠定了基础。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 神经网络辨识 非线性系统建模 BP算法

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质子交换膜燃料电池/电解槽系统建模及负荷追踪策略 被引量：15

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作者 陈锦洲 林飞 +1 位作者 何洪文 王亚雄 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第S02期636-643,共8页

质子交换膜燃料电池与电解槽联合系统具备发电与储能功能,且在发电过程中不受卡诺循环限制,效率高、无污染,在供电/储能领域具有较为广泛的应用前景。该文研究一种由质子交换膜燃料电池/电解槽和辅助电源组成的混合供电系统及其能量管... 质子交换膜燃料电池与电解槽联合系统具备发电与储能功能,且在发电过程中不受卡诺循环限制,效率高、无污染,在供电/储能领域具有较为广泛的应用前景。该文研究一种由质子交换膜燃料电池/电解槽和辅助电源组成的混合供电系统及其能量管理策略,其中辅助电源包括光伏电池和蓄电池。该混合供电系统主要由质子交换膜燃料电池追踪负荷变化满足供电需求,辅助电源和电解槽用于高负荷条件的联合供电或低负荷条件的能量回收,以保证系统高效稳定运行。最后在Matlab/Simulink环境下建立质子交换膜燃料电池/电解槽系统数学模型,通过分析用户的负荷需求,提出供电系统的负荷追踪策略,并采用算例进行仿真分析来验证模型和策略的有效性。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 电解槽 系统模型 负荷追踪策略

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基于经济模型预测控制的燃料电池空气管理 被引量：1

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作者 邵诚 李浩 +1 位作者 朱文超 谢长君 《电池》 CAS 北大核心 2023年第5期494-498,共5页

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的空气供给问题,提出一种经济模型预测控制(EMPC)的算法。区别于传统空气供给管理算法通过跟踪过氧比来调节系统的性能,提出的EMPC控制器通过构建与PEMFC的净输出功率相关的经济效益函数,作为优化问题的... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的空气供给问题,提出一种经济模型预测控制(EMPC)的算法。区别于传统空气供给管理算法通过跟踪过氧比来调节系统的性能,提出的EMPC控制器通过构建与PEMFC的净输出功率相关的经济效益函数,作为优化问题的成本函数,旨在使PEMFC系统在任何工况运行时的净输出功率最大化,并通过仿真验证控制算法的稳定性和有效性。仿真结果表明,与动态过氧比和定值过氧比的模型预测控制器相比,EMPC控制器在暂态过程中的净输出功率分别提高了2.93%和3.82%,在稳态过程中的净输出功率分别提高了0.94%和0.67%。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 进气系统 过氧比 经济模型 预测控制 空气管理

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操作参数对质子交换膜燃料电池冷却效果分析 被引量：4

12

作者 杨孝才 贾秋红 +1 位作者 屈翔 朱灵 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2022年第4期53-59,共7页

为了研究热管理系统操作参数对质子交换膜燃料电池冷却效果的影响,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了燃料电池热管理系统的动态模型并对模型的正确性进行了验证,该系统模型包括电堆电压、温度模型和冷却回路模型;以建立的系统模型为研... 为了研究热管理系统操作参数对质子交换膜燃料电池冷却效果的影响,基于MATLAB/Simulink仿真平台建立了燃料电池热管理系统的动态模型并对模型的正确性进行了验证,该系统模型包括电堆电压、温度模型和冷却回路模型;以建立的系统模型为研究基础,以冷却系统中旁路阀开度、冷却液流量、空气流量3个操作参数为独立变量,研究冷却液入口温度、出口温度和出入口温差随独立变量的变化规律和影响情况。研究结果表明,空气流量对冷却液入口温度和出口温度影响最大,当空气流量从最小值增加到最大值的过程中,冷却液入口温度和出口温度分别随之下降27.9~29.0℃、26.6~28.4℃;旁路阀开度和冷却液流量在一定范围内对冷却液入口温度和出口温度都有影响,前者的影响强于后者,旁路阀开度在小于0.7时影响作用更显著;冷却液流量对冷却液出、入口温度的影响最小,对冷却液出入口温差的影响最大,当冷却液流量从最小值增到最大值的过程中冷却液出入口温差下降约9℃。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 热管理系统 冷却系统 建模 操作参数影响

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