為解決日益增長的能源需求與環(huán)境污染、全球變暖、資源匱乏之間的矛盾,研究人員逐漸將目光轉(zhuǎn)向可再生清潔能源尤其是氫能的開發(fā)與利用。質(zhì)子交換膜燃料電池是一種在常溫下不通過燃燒即可將氫能轉(zhuǎn)化為電能且無污染物生成的裝置,相比傳統(tǒng)儲能與發(fā)電裝置具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率與能量密度。由于燃料電池具有強(qiáng)烈非線性與多狀態(tài)量的強(qiáng)耦合性,在負(fù)載大范圍波動時輸出變化較為緩慢,燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行控制與優(yōu)化已成為現(xiàn)階段新能源技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點之一。本文針對大功率水冷燃料電池多目標(biāo)多參數(shù)快速反應(yīng)的控制要求,提出了具有較快調(diào)節(jié)速度的系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。本文首先采取機(jī)理與經(jīng)驗建模相結(jié)合的方式,在一維方向上建立了燃料電池系統(tǒng)的等溫兩相模型及輔助系統(tǒng)模型。該模型可模擬氫氣、氮氣、氧氣、水蒸氣等混合氣體在陰極、陽極及管路中的傳輸、反應(yīng)、循環(huán)過程,水蒸氣的跨膜滲透和相變過程與電堆靜態(tài)、動態(tài)性能。其次基于上述模型,本文分別提出了基于卡爾曼濾波器的線性最優(yōu)控制與基于線性拓展觀測器的二階滑模超螺旋非線性控制兩種控制算法,通過Matlab/Simulink仿真驗證了兩種算法各具優(yōu)越性,并與傳統(tǒng)PID控制相比調(diào)節(jié)時間縮短約30%。最后本文以S...

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２」電池單體結(jié)構(gòu)示意圖??氫氣在陽極催化劑層失去電子分解為兩個質(zhì)子，其化學(xué)表達(dá)式為：??

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文?第２章質(zhì)子膜燃料電池系統(tǒng)建模??第２章質(zhì)子膜燃料電池系統(tǒng)建模??２．１系統(tǒng)概述??大型水冷燃料電池系統(tǒng)由燃料電池電堆和輔助配套設(shè)施兩部分構(gòu)成，輔助設(shè)??備按功能性劃分，主要包括氫氣供給、空氣供給、濕度管理與溫度管理四個子系??統(tǒng)，管理反應(yīng)物氣體并去除水熱副產(chǎn)....

圖２．２典型燃料電池伏安特性曲線??

??燃料電池單體電池電壓為ＩＶ左右，性能主要取決于電堆反應(yīng)溫度、反應(yīng)氣??體壓力、反應(yīng)氣體化學(xué)計量比和反應(yīng)氣體相對濕度。使用過程中隨負(fù)載電流上升，??電池會產(chǎn)生性能衰減，形成原因是電池內(nèi)部極化反應(yīng)加劇不可逆損失增加直??接表現(xiàn)為燃料電池伏安特性曲線呈曲線下降。典型的燃料電池伏安特....

圖２．４燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖??１１??

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文?第２章質(zhì)子膜燃料電池系統(tǒng)建模??通過散熱器風(fēng)扇與空氣產(chǎn)生強(qiáng)制對流，與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換，冷卻后再次進(jìn)入??電堆進(jìn)行循環(huán)。冷卻劑采用去離子水，防止冷卻水流道中的離子導(dǎo)電引起電堆電??化學(xué)反應(yīng)速率下降。??２．１．３系統(tǒng)設(shè)計與儀表選型??根據(jù)混合動力系統(tǒng)功率需求....

圖２．５?ＶＨＳ－２型供氫模塊??

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文?第２章質(zhì)子膜燃料電池系統(tǒng)建模??２．１．３．１氫氣供給系統(tǒng)??根據(jù)巴拉德Ｖ４．２技術(shù)手冊，電堆允許的最大工作壓力為３．５ｂａｒ。氫氣供給??系統(tǒng)中氫氣由高壓氫罐提供，經(jīng)減壓模塊中的兩級減壓閥降壓至２ｂａｒ，并通過??ＶＨＳ－２型供氫模塊中的電磁閥、比例閥、壓....

本文編號：3962970