[发明专利]一种基于自抗扰控制方法的质子交换膜燃料电池湿度控制方法

说明书

本发明公开了一种基于自抗扰控制方法的质子交换膜燃料电池湿度控制方法。包括以下步骤：Step1:建立PEMFC动态水管理模型，主要包括：阴极水平衡模型、阳极水平衡模型、膜水合模型、电压模型。Step2：利用自抗扰控制技术的抗干扰和抑制性能对燃料电池动态水管理模型进行湿度控制，通过控制阴极进气湿度来调节电池工作湿度。Step3：利用Matlab和Simulink进行仿真分析，同时将自抗扰控制技术的湿度控制与传统的PID控制和模糊PID控制方法进行对比。与传统PID控制器和模糊PID控制器相比，本发明的自抗扰控制器改善了质子交换膜燃料电池湿度的抗干扰与跟踪控制性能，具有更高的控制精度、更快的响应速度和更小的超调量，更能满足控制的需求。

技术领域：

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种基于自抗扰控制方法的质子交换膜燃料电池湿度控制方法。

背景技术：

质子交换膜燃料电池是目前应用最广泛的燃料电池之一。质子交换膜燃料电池的水含量对其导电性具有关键作用。水含量太低导致膜干燥，增加了离子电阻及欧姆损耗，加剧了电压降。水含量太高会导致“水淹”，阻塞多孔通道，降低反应物到催化剂位点的传输速率。不适当的湿度条件不仅会降低燃料电池的性能和效率，甚至会导致内部组件如催化剂或膜的不可逆的降解。这将导致催化剂在交替的干湿条件下脱落并且损坏膜。因此，采用高效的控制方法对质子交换膜燃料电池膜的湿度进行控制显得至关重要。然而，在质子交换膜燃料电池动态系统中，由于许多变量相互关联，例如质量传递现象，操作温度，入口气体的相对湿度等，所以控制膜中的水含量是有挑战性的。在动态过程中，质子交换膜燃料电池内部参数具有很强的非线性和不确定性，给水管理控制带来了很大的困难。若能以全干扰的形式处理燃料电池电堆压力、工作温度等未知动态扰动，则通过对全干扰的一次估计和消除，可以大大降低控制设计的难度。自抗扰控制(ADRC) 策略为这种干扰估计和消除提供了一种手段。本发明根据质子交换膜燃料电池的动态特性，利用自抗扰控制的干扰估计和抑制功能，提出了一种高效的质子交换膜燃料电池湿度调节干扰抑制方案。

发明内容：

本发明的主要目的是针对PEMFC动态系统中水管理现有技术中存在的缺陷，提供了一种基于自抗扰控制技术的PEMFC湿度控制方法，通过控制阴极进气湿度来调节燃料电池的工作湿度，有效减少电池湿度在动态负载下的波动，确保电池湿度保持在最佳工作状态，有效提高电池的性能。

技术方案：

本发明所述的基于自抗扰控制技术的PEMFC湿度控制方法，包括以下步骤：

Step1:建立PEMFC动态水管理模型，主要包括：阴极水平衡模型、阳极水平衡模型、膜水合模型、电压模型。

Step2：利用自抗扰控制技术的抗干扰和抑制性能对燃料电池动态水管理模型进行湿度控制，通过控制阴极进气湿度来调节电池工作湿度，利用扩张状态观测器对外部总扰动进行观测与反馈，确保电池湿度保持在最佳状态，提高电池性能。

Step3：利用Matlab和Simulink进行仿真分析，同时将自抗扰控制技术的湿度控制与传统的PID控制和模糊PID控制方法进行对比，突出本发明的优势。

Step4：分析验证了不同温度下自抗扰控制技术的湿度控制的抗干扰性能和跟踪性能，确保了本发明在不同温度场合下的有效性和可靠性。

Step5：结合自抗扰控制技术的湿度控制系统的实际应用，进行了实验研究，并与仿真数据进行了比较，实验结果与仿真数据误差很小，说明本发明是可行的。

有益效果：本发明公开了一种基于自抗扰控制技术的质子交换膜燃料电池水管理控制方法；与传统PID控制器和模糊PID控制器相比，本发明的自抗扰控制器改善了质子交换膜燃料电池湿度的抗干扰与跟踪控制性能，具有更高的控制精度、更快的响应速度和更小的超调量，更能满足控制的需求。

附图说明：

图1为本发明技术流程图；