PEMFC建模及性能分析控制

来源：电子测量技术杂志2022年第8期北京时间：

作者：王季康，李 华，彭宇飞，李晓燕，张新宇

单位：1.内蒙古工业大学电力学院 呼和浩特 010080;2.内蒙古工业大学能源与动力工程学院 呼和浩特 010051

摘要：探明质子交换膜燃料电池（PEMFC）输出性能尤为重要，现有PEMFC模型复杂，内部阐述不详细。以Srinivasan模型为基础，建立欧姆极化电压、浓度差极化电压、活化极化电压、各自详细模型及输出电压模型，分析其与电流密度的关系。以控制变量法研究电堆温度、氢气压力、氧气压力、极限电流等关键参数对单体电池电压影响。考虑PEMFC实际应用情况，设计了采用电压电流双闭环控制的Buck变换器，基于状态空间平均法，建立变换器S域小信号模型，得出被控对象传递函数，加入补偿控制器，改善输出电压性能。通过PSCAD/EMTDC仿真验证所建模型及控制策略的有效性、正确性。结果表明:气体（氢气、氧气）压力、电推温度及极限电流的增大,使得输出电压增加。应用该控制策略，额定电压（70V）输入时，调整时间5.5ms到达目标值（35V），负载由30Ω突变为15Ω时,扰动电压尖峰5.4V,重新稳定在目标值时间64ms。该策略稳/动态特性良好，正确有效，对工程设计有一定参考意义。

关键词：氢能应用;膜燃料电池;模型;可再生能源