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燃料电池发动机的氢气循环及排放策略研究
| 论文题名： | 燃料电池发动机的氢气循环及排放策略研究 |
| 关键词： | 燃料电池汽车;燃料电池发动机;氢气循环;排放控制;神经网络 |
| 摘要： | 在当今时代背景下，新能源产业特别是氢能及燃料电池行业飞速发展，燃料电池以其功率密度高、能量转化效率高、清洁无污染等特点被广泛应用于各个领域，其中应用在交通运输领域的燃料电池发动机发展势头尤为迅猛。燃料电池发动机系统是燃料电池汽车的核心部件，其主要由多个子系统构成，为实现整体性能最优，应对各个子系统进行相应的建模与控制策略研究。本文针对阳极供氢子系统这一对象，围绕燃料电池发动机的氢气循环及排放策略展开了以下研究： 1.完成了氢循环泵测试平台的设计与搭建，对现有燃料电池发动机平台进行了完善，并在实验平台上完成了氢气循环及排放回路的特性分析实验。针对氢气循环及排放回路的特性分析主要是针对循环比和排放策略对阳极氢回路的影响进行实验方案设计和实验结果分析。实验结果表明氢气循环过程对维持阳极氢气压力稳定、提高系统疏水性能和维持节电压及其均一性有很好的效果，特别是循环比越大时效果越好；排放策略对阳极氢气压力、系统输出性能和氢气利用率等方面影响显著。实验最后，得到了实验运行条件下的最佳循环比和排放策略。 2.针对氢气循环及排放过程进行相应的模型研究，采用机理建模与神经网络建模相结合的方式，建立了面向控制的燃料电池发动机阳极氢回路模型。利用实验测得的氢循环泵实验数据对神经网络模型进行训练，得到了基于神经网络回归预测的氢循环泵流量特性模型，经过验证证明了该模型具有很好的泛化能力。同时，基于各部件的工作原理和机理方程，完成了机理模型的建立。最终综合上述所得模型，得到了面向控制的燃料电池发动机阳极氢回路模型。 3.利用所得模型，完成了排放策略对阳极流道氮浓度影响的研究，并针对控制目标，设计并实现了相应的控制策略。利用所得阳极氢回路模型进行了排放策略对阳极流道氮浓度影响的分析；针对阳极流道压力与氢气计量比这两个控制目标，设计了PI控制器、模糊PI控制器，并通过在MATLAB上仿真分析，对控制策略进行了验证。仿真结果表明PI控制对于阳极流道压力的控制，能达到很好的控制效果，压力保持在目标压力?1.5kPa范围内，但对于氢气计量比的控制，模糊PI控制相比PI控制能取得更好的控制效果。 |
| 作者： | 吴智才 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 彭超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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