[发明专利]一种基于混合模糊控制的质子交换膜燃料电池的过氧量实时切换控制装置设计方法

权利要求书

1.一种基于混合模糊控制的质子交换膜燃料电池的过氧量实时切换控制装置设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，建立质子交换膜燃料电池系统模型；

步骤2，在步骤1所建模型下设计基于混合模糊控制的过氧量实时切换控制装置，包括模糊逻辑控制器、模糊PID控制器和切换装置；

步骤3，将步骤2设计的基于混合模糊控制的过氧量实时切换控制装置应用于步骤1所建立的质子交换膜燃料电池系统模型中，并进行测试。

2.根据权利要求1所述的基于混合模糊控制的质子交换膜燃料电池的过氧量实时切换控制装置设计方法，其特征在于：所述步骤1中，建立的质子交换膜燃料电池系统模型如式(1.1)：

其中，x₁为阴极压力，x₂为氮气分压，x₃为压缩机角速度，x₄为供给歧管压力，μ为空压机电压，ξ为电堆电流；

W_cp,W_ca,out分别代表压缩机的气体流率和阴极的气体流率，如式(1.2)和(1.3)所示：

W_cp＝b₁₇x₃ (1.2)

其中，k_ca,out为阴极出口常数，p_atm为大气压；

质子交换膜燃料电池系统的性能指标为过氧量，其数学表达式如式(1.4)所示：

其中，参数b_i,i∈{1,…19}由以下公式计算得到：

b₂＝p_sat

b₁₁＝p_atm

b₁₆＝k_sm,out

其中，R为气体常数，T_fc为燃料电池温度，k_ca,in为阴极入口常数，为氧气摩尔质量，V_ca为阴极体积，为氧气质量分数，ω_ca,in为阴极入口空气相对湿度，p_sat为水蒸气饱和压，n为电池数目，F为法拉第常数，为氮气摩尔质量，ω_atm为空气的相对湿度，f为电机摩擦力，J_cp为压缩机惯性，C_p为空气比热容，T_atm为大气温度，η_cp为压缩机效率，p_atm为大气压，γ为气体比热容比，η_cm为电机机械效率，k_t为电机常数，M_a为空气摩尔质量，V_sm为供给歧管体积，k_sm,out为供给歧管出口系数，V_cpr/tr为压缩机每匝容积，ρ_a为空气密度。

3.根据权利要求2所述的基于混合模糊控制的质子交换膜燃料电池的过氧量实时切换控制装置设计方法，其特征在于：所述过氧量的取值为2.05。

4.根据权利要求1所述的基于混合模糊控制的质子交换膜燃料电池的过氧量实时切换控制装置设计方法，其特征在于：所述步骤2中，首先，设计模糊逻辑控制器，其由模糊化、模糊推理、模糊规则库和解模糊化四个部分组成；但是仅仅使用模糊逻辑控制器，系统会存在稳态误差，由于模糊PID控制器中存在积分环节，能够有效地降低系统的误差，所以，在模糊逻辑控制器的基础上，再设计模糊PID控制器，通过模糊推理实现PID参数的自调整；最后，设计实时切换控制装置，根据对最优过氧量的跟踪误差，来切换系统的控制器。

5.根据权利要求4所述的基于混合模糊控制的质子交换膜燃料电池的过氧量实时切换控制装置设计方法，其特征在于：当系统的跟踪误差大于1时，系统由模糊逻辑控制器调节；反之，系统由模糊PID控制器调节。

6.根据权利要求1所述的基于混合模糊控制的质子交换膜燃料电池的过氧量实时切换控制装置设计方法，其特征在于：所述步骤3中，基于MATLAB/SIMULINK仿真平台进行测试，得出过氧量的控制曲线，验证所设计的设计基于混合模糊控制的过氧量实时切换控制装置。