基于预测控制的燃料电池空压机流量控制开题报告
2020-03-09 10:03
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1意义：
能源是人类文明发展的原动力，能源技术是衡量一个国家的经济发展与生活水平的重要指针[1]。燃料电池系统能提供清洁和高效的能源，目前正受到多家制造商对固定和移动应用的密集开发。
目前，燃料电池主要被分为六类[2]。碱性燃料电池(afc，alkaline fuel cell)、磷酸盐燃料电池(pafc，phosphorousacid fuel)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc，moltencarbonate fuel cell)、固体氧化物燃料电池(sofc，solid oxidefuel cell)、质子交换膜燃料电池(pemfc，protonexchange membrane fuel cell)和直接甲醇燃料电池(dmfc，directmethanol fuel cell)。其中,质子交换膜燃料电池的工作温度低、启动速度快、功率密度高,还是膜电极三合一组件,结构非常紧凑,其电解质由离子导电聚合物构成,不使用腐蚀性的液态电解质,使电池可以在任何方位、任何角度运行,这些优势使得非常适宜用作汽车及其他可移动设施的电源。
在目前的质子交换膜燃料电池发动机技术中，燃料电池阴极中的反应气体为压缩空气。pemfc系统包括燃料电池堆模块，空气供给模块，增湿模块，冷却模块，以及控制模块，其中空气供给模块是最为重要的组成部分。其最为关键的技术是对阴极空气流量的精确控制。如果空气的流量太低，则会导致电池堆的供氧不足，从而导致燃料电池输出电压降低快速下降，在严重的情况下会导致短路和膜电池的表面出现过热点。如果空气的流量太高，不仅会显著提高燃料电池的输出电压，而且会大大增加风机消耗的功率，反而降低了电池的工作效率。因此精确控制燃料电池的空气供给流量是一个非常重要的技术，需要建立一个精确的数学模型在电池的设计阶段进行仿真，模拟不同客观条件下的输出特性并对pemfc阴极的空气进行流量优化控制。
2. 研究的基本内容与方案
2.1研究的基本内容
1)质子交换膜燃料电池电堆及各子系统的matlab/simulink数学模型搭建；
2)空气压缩机中空气流量的控制方法；
3)在matlab/simulink中完成空压机空气流量的预测控制模型；
3. 研究计划与安排
| 第1、2周(2.26～3.9) | 完成文献的阅读及英文文献的翻译工作； |
| 第3、4周(3.12～3.23) | 完成开题报告、文献综述及PEMFC数学模型初步认识； |
| 第5、6周(3.26～4.6) | 完成PEMFC数学模型搭建，并将仿真结果与实验数据作对比； |
| 第7、8、9周(4.9～4.27) | 完成预测控制算法搭建； |
| 第10、11周(4.30～5.11) | 仿真并结果分析； |
| 第12、13周(5.14～5.25) | 完成毕业论文； |
| 第14、15周(5.28～6.8) | 学生提出答辩申请，并作答辩准备；教师审阅论文，并审查答辩资格； |
| 第16、17周(6.11～6.22) | 参加答辩。 |
4. 参考文献（12篇以上）
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谭国武，邱建忠．能源与人类文明．现代物理知识，2007，19（2）：67～68.
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卫国爱. 车用pemfc空气供给系统建模及控制策略研究[d].武汉理工大学,2010.
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周苏, 纪光霁, 刘冀晨,等. 基于电流调节的燃料电池发动机过氧比波动研究[j]. 上海交通大学学报, 2012, 46(11):1712-1717.
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