燃料电池系统及其控制方法与设计方案
车用燃料电池系统控制策略综述
车用燃料电池系统控制策略综述燃料电池系统作为一种新型的动力系统，具有高效、清洁、环保的特点，被广泛应用于车辆领域。
而车用燃料电池系统的控制策略则起着至关重要的作用，决定着燃料电池系统的性能和效能。
本文将对车用燃料电池系统控制策略进行综述，从控制目标、控制策略和优化方法三个方面进行探讨。
一、控制目标车用燃料电池系统的控制目标主要包括以下几个方面：1. 充电控制：充电控制是指燃料电池系统在车辆行驶过程中进行电池充电的过程。
合理的充电控制可以提高燃料电池的能量利用率和寿命。
2. 放电控制：放电控制是指燃料电池系统在车辆需要动力时将储存的能量转化为电能输出。
合理的放电控制可以提供稳定的动力输出。
3. 燃料电池温度控制：燃料电池的温度对其工作性能有着重要影响。
合理的温度控制可以提高燃料电池的效率和寿命。
4. 氢气流量控制：氢气流量控制是指控制燃料电池的氢气供应，确保燃料电池持续供氢。
合理的氢气流量控制可以提供稳定的能源供应。
二、控制策略车用燃料电池系统的控制策略主要包括以下几种类型：1. PID控制策略：PID控制策略是一种经典的控制方法，通过比例、积分和微分三个控制参数的组合调节，实现对燃料电池系统的控制。
这种控制策略简单易实现，但对系统的响应速度和稳定性要求较高。
2. 模糊控制策略：模糊控制策略利用模糊数学理论建立控制规则，模糊控制器可以根据系统的输入和输出信息进行模糊推理和模糊决策，实现对燃料电池系统的控制。
这种控制策略适用于非线性系统，对于车用燃料电池系统的控制具有较好的鲁棒性。
3. 预测控制策略：预测控制策略通过对系统进行建模和预测，生成控制序列，实现对燃料电池系统的控制。
这种控制策略可以预测未来的输出值，对系统的动态响应和稳定性有较好的控制效果。
4. 优化控制策略：优化控制策略通过建立优化模型，选择最优的控制变量组合，实现对燃料电池系统的控制。
这种控制策略可以进一步提高系统的能效和性能。
三、优化方法针对车用燃料电池系统的控制问题，还可以采用以下几种优化方法：1. 遗传算法：遗传算法是一种模拟自然界生物进化原理的优化算法，通过模拟遗传、交叉和变异操作，搜索系统的最优解。
燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法与制作流程
图片简介:本技术提供燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
在来自负载的请求电力超过预先决定的基准值时，控制成为使燃料电池发出与请求电力对应的电力的通常运转模式。
在请求电力为基准值以下时，控制成为间歇运转模式。
在从间歇运转模式向通常运转模式转移时执行从燃料电池引出电流而使燃料电池的电压降低至还原电压的刷新处理。
间歇运转模式结束时的燃料电池内的氧量越少，则使在刷新处理开始时从燃料电池引出的电流越少。
技术要求1.一种燃料电池系统，其中，具备：燃料电池，层叠有多个单电池，接受含有氧的氧化气体和含有氢的燃料气体的供给来对于负载供给电力；氧化气体供给部，对于所述燃料电池供给所述氧化气体；控制部，控制所述燃料电池系统的运转状态；以及判定部，判定所述燃料电池内的氧量，在来自所述负载的请求电力超过预先决定的基准值时，所述控制部控制所述燃料电池系统的运转状态以便成为所述燃料电池发出与所述请求电力对应的电力的通常运转模式，在所述请求电力为所述基准值以下时，所述控制部控制所述燃料电池系统的运转状态以便成为间歇运转模式，该间歇运转模式是通过所述氧化气体供给部使比在所述通常运转模式中供给至所述燃料电池的氧量少且为了使所述燃料电池的电压成为预先设定的目标电压所需的氧量供给至所述燃料电池的模式，在从所述间歇运转模式向所述通常运转模式转移时，所述控制部在所述间歇运转模式结束的时机执行从所述燃料电池引出电流而使所述燃料电池的电压降低至还原电压的刷新处理，在所述时机所述判定部判定的所述氧量越少，则所述控制部将在所述刷新处理开始时从所述燃料电池引出的电流设定为越少的值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述时机的所述燃料电池的电压越低，则所述判定部判定为所述燃料电池内的氧量越少。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述时机的、构成所述燃料电池的所述多个单电池各自的电压中的最大值与最小值之差越大，则所述判定部判定为所述燃料电池内的氧量越少。
一种燃料电池空气系统及其控制方法与流程
一种燃料电池空气系统及其控制方法与流程一、引言燃料电池空气系统是一种利用燃料电池和空气电极进行能量转换的系统。
它可以将氢气或其他燃料与氧气从空气中反应生成电能，同时产生水和热。
这种系统具有高效、无污染和低噪音等优点，因此在能源领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍燃料电池空气系统的工作原理、控制方法与流程，并分析其应用前景。
二、燃料电池空气系统的工作原理燃料电池空气系统由燃料电池和空气电极两部分组成。
燃料电池是系统的核心部件，它通过将燃料和氧气进行氧化还原反应来产生电能。
常见的燃料电池有氢燃料电池、甲醇燃料电池和乙醇燃料电池等。
燃料电池内部有阳极和阴极两个电极，它们之间通过电解质膜隔离。
当燃料通过阳极供应时，发生氧化反应，产生电子和离子。
离子经过电解质膜传递到阴极，与空气中的氧气反应，生成水和电子。
电子通过外部电路流动，形成电流，完成能量转换。
三、燃料电池空气系统的控制方法与流程1. 燃料供应控制：燃料电池空气系统需要稳定的燃料供应。
通过控制燃料供应的流量和浓度，可以调节系统的输出功率。
一般采用气体传感器来监测燃料气体的浓度，通过反馈控制的方式来实现燃料供应的自动调节。
2. 空气供应控制：燃料电池空气系统需要充足的氧气供应。
通过控制空气供应的流量和湿度，可以提高系统的效率和稳定性。
一般采用空气压缩机和湿度调节装置来控制空气的供应。
3. 温度控制：燃料电池的工作温度对其性能和寿命有很大影响。
因此，燃料电池空气系统需要进行温度控制。
常用的方法是通过冷却剂循环系统来控制燃料电池的温度。
温度传感器和温度控制器可以实时监测和调节燃料电池的温度。
4. 电压与电流控制：燃料电池的输出电压与电流需要进行控制。
通过电压传感器和电流传感器实时监测燃料电池的输出电压和电流，并通过电压调节器和电流调节器进行控制，以满足不同负载的需求。
5. 故障诊断与保护：燃料电池空气系统需要具备故障诊断与保护功能，以确保系统的安全和可靠运行。
燃料电池系统的控制策略研究
燃料电池系统的控制策略研究燃料电池技术被认为是未来车辆动力系统发展的重要方向之一，具有零排放、高效能、环保等优点。
为了实现燃料电池的高效运行，需要采用科学有效的控制策略，优化系统的运行过程。
目前燃料电池系统的控制策略主要包括三个方面：气体、热管理和电池管理。
首先，气体管理方面的控制策略主要通过控制氢气和氧气的流量比例及质量分数，来控制燃料电池系统的输出功率。
实现方法主要有以下几种：1. 恒定流量控制策略：通过控制氢气和氧气的流量，使其始终保持一定的比例，从而控制电池的输出功率。
2. 恒定质量分数控制策略：通过控制氢气和氧气的质量分数，使其始终保持一定的比例，从而控制电池的输出功率。
3. 预测控制策略：通过对氢气和氧气流量、电压和电流等参数进行实时监测和分析，建立数学模型，从而实现对电池输出功率的预测和控制。
其次，热管理方面的控制策略主要通过控制进气空气和冷却水的温度，来保持燃料电池系统的稳定运行。
实现方法主要有以下几种：1. 基于比例积分微分（PID）控制器的控制策略：通过对进气空气和冷却水的温度进行调整，使其始终保持在合适的范围内，从而实现燃料电池系统的稳定运行。
2. 基于模型预测控制（MPC）的控制策略：通过对燃料电池系统的温度动态建模，预测未来的系统状态，从而自适应调整进气空气和冷却水的温度，实现系统的稳定运行。
最后，电池管理方面的控制策略主要包括燃料电池系统的状态估计和电池电压控制。
实现方法主要有以下几种：1. 基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的状态估计方法：通过对系统的输入输出进行实时监测和估计，建立燃料电池系统的数字化模型，实现对系统状态的精准估计。
2. 基于模型参考自适应控制（MRAC）的电池电压控制：通过对系统的电压和电流进行实时监测和估计，建立电池的数字化模型，实现对电池电压的自适应控制。
总之，燃料电池系统的控制策略是燃料电池技术得以实现工程化应用的基础和关键。
随着科技的不断进步，我们相信未来的燃料电池技术在控制策略的研究上，必将有更加深入的探索和突破。
燃料电池系统建模与控制
燃料电池系统建模与控制一、燃料电池系统概述燃料电池系统 (Fuel Cell System，FCS) 是一种将燃料化学能直接转化为电能的新型能源转换技术。
它以各种燃料（如氢气、烷烃、甲醇等）为主要能源，通过氧化还原反应产生电气能量，并同时产生水、二氧化碳等有用物质。
燃料电池系统建模和控制是燃料电池技术的重要研究方向。
二、燃料电池系统建模1. 建模方法燃料电池系统建模采用建立数学模型的方法，指的是通过物理学理论和实验数据，将燃料电池系统的基本构造、热力学特性、动力学特性等相关因素融合在一起，建立数学模型。
常用的建模方法包括基于物理学的方法、基于数据的方法和神经网络方法等。
2. 建模内容燃料电池系统建模的主要内容包括燃料电池的动力学特性、热力学特性和电化学特性。
其中，动力学特性是指燃料电池系统输入输出之间的响应关系；热力学特性是指燃料电池的热学性能；电化学特性是指燃料电池的电化学反应特性以及电化学反应对燃料电池电子流和质子流的影响。
三、燃料电池系统控制1. 控制目标燃料电池系统控制的目标是保证燃料电池系统的安全运行和优化性能，主要包括以下两方面：(1) 系统安全：防止电池膨胀、水含量不足、氧化还原过程中发生意外等安全事故。
(2) 性能优化：控制输出电压和输出电流等参数，实现优化性能。
2. 控制方法燃料电池系统控制方法主要包括传统PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
PID控制是一种最基础的控制方法，依靠比例、积分、微分三个环节共同作用来实现控制；模糊控制则是通过模糊逻辑来处理不确定感知数据，从而得到控制策略；神经网络控制依靠神经网络的非线性映射能力和自适应性，来实现对燃料电池系统的控制。
四、燃料电池系统的应用前景1. 能源领域燃料电池系统在车用、船用和航空等领域中已经得到广泛应用，其具有的高效、清洁、安全等特性，使得其在未来大规模替代传统能源，成为一种重要的新型能源。
2. 环保领域燃料电池系统能够将各种燃料直接转化为电能，不产生有害气体和颗粒物排放，对于缓解环境污染有着显著效果。
燃料电池控制系统研发建设方案(二)
燃料电池控制系统研发建设方案实施背景：随着中国能源结构的转型，对清洁能源的需求日益增长。
燃料电池作为一种环保、高效的能源转换装置，逐渐受到青睐。
其中，燃料电池控制系统作为燃料电池系统的核心组成部分，对于提高燃料电池的性能、稳定性及降低成本具有关键作用。
近年来，中国在燃料电池控制系统研发方面取得了一定成果，但仍存在诸多技术瓶颈，亟待突破。
工作原理：燃料电池控制系统主要由燃料供应系统、空气供应系统、水管理系统、电控系统等组成。
通过精密控制各系统的运行参数，实现燃料电池的高效运行。
具体来说，电控系统根据电池的运行状态，实时调整燃料供应、空气供应及水管理系统的运行参数，确保电池的稳定运行。
实施计划步骤：1.需求分析：对燃料电池控制系统的需求进行深入分析，包括性能、稳定性、成本等方面。
2.技术研究：开展燃料供应、空气供应、水管理及电控系统等相关技术的研究，解决关键技术难题。
3.方案设计：根据需求分析和技术研究的结果，设计燃料电池控制系统的方案。
4.系统开发：按照设计方案，开发燃料电池控制系统，并进行初步试验验证。
5.试验验证：在实验室及现场进行燃料电池控制系统的试验验证，确保系统的性能和稳定性达到预期要求。
6.优化改进：根据试验验证结果，对燃料电池控制系统进行优化改进，提高性能、降低成本。
7.推广应用：将优化改进后的燃料电池控制系统推广应用到实际场景中，进一步验证其性能和稳定性。
适用范围：本研发建设方案适用于中国各类燃料电池系统的研发与生产，包括但不限于汽车、船舶、航空器及其他能源转换装置。
创新要点：1.提出了一种全新的燃料电池控制系统架构，实现了各子系统的高效协同控制。
2.采用了先进的控制算法和传感器技术，提高了燃料电池控制系统的性能和稳定性。
3.结合了中国特色的能源结构和发展需求，实现了燃料电池控制系统的定制化开发。
预期效果：1.提高燃料电池的性能和稳定性，延长其使用寿命。
2.降低燃料电池控制系统的成本，促进其在更多领域的应用普及。
高效燃料电池系统的优化设计与控制
高效燃料电池系统的优化设计与控制燃料电池系统是一种基于化学反应产生电能的电源系统，其能源来源是氢气和氧气。
相对于传统火力发电，燃料电池系统有着更高的能量转换效率，更加环保，更加安全，因此在未来的节能环保领域，燃料电池系统有着广泛应用前景。
本文将分析燃料电池系统在优化设计和控制方面所面临的问题，并提供相应的解决方法。
一、燃料电池系统的优化设计燃料电池系统的优化设计主要包括以下几个方面。
1. 阳极和阴极的设计燃料电池系统中最核心的部件是阳极和阴极，因此设计阳极和阴极是整个系统中最为关键的一环。
在设计阳极和阴极时需要考虑到电化学反应速率、催化剂活性、氢氧流量、氧化还原反应溶液、催化剂制备方法等一系列因素。
此外，为了提高氢氧气的扩散速度，还需要在阳极和阴极表面设置各自的传质层。
2. 燃料电池的组装方式在组装燃料电池时，需要考虑到燃料电池中各个组件的排布和位置，特别需要关注氢氧的扩散和交叉反应。
为了避免氢氧交叉反应，需要将氢氧气相互分隔，使其在燃料电池中互相独立运行。
此外，在组装燃料电池时还应注意到燃料电池中各个组件的尺寸和位置，以免因为组件尺寸造成燃料电池故障。
3. 燃料电池的微观结构设计在燃料电池中，氧化还原反应和催化剂活性可能会导致燃料电池的过早失效。
因此，在燃料电池中需要设计相应的微观结构来优化其整体性能。
例如，在阴极氧化还原反应中，催化剂活性会随时间进行调整和变化。
针对这一情况，可以在催化剂前端注入化学药品，以恢复其活性。
二、燃料电池系统的控制燃料电池系统的控制主要包括以下几个方面。
1. 温度控制温度对燃料电池系统的整体性能有着至关重要的影响。
因此，在燃料电池系统中需要设置适当的温度控制设备，以保证燃料电池系统的长期运行。
在燃料电池系统中，通常使用水冷设计的方式来控制温度。
2. 氢氧流量控制在燃料电池系统中，氢氧的流量控制是非常关键的。
通过控制氢氧流量，可以调整燃料电池系统的输出功率，以满足不同应用场景的需求。
氢燃料电池电堆系统控制方案
氢燃料电池电堆系统控制方案氢燃料电池电堆系统控制方案是指对氢燃料电池电堆中的各个组件进行合理的控制和管理，以确保系统稳定运行、高效利用氢能源，并满足系统性能要求和安全要求的管理和控制方案。
以下是一个基本的氢燃料电池电堆系统控制方案的概述。
系统控制和监测：1.系统控制器：基于嵌入式系统，实时监测和控制氢燃料电池电堆的运行状况，包括温度、压力、电流、电压和湿度等参数。
2.反馈控制：通过对电堆输出参数的反馈，调整燃料气体流量、氧气供应和冷却系统，以实现系统的稳定运行和最小能量损失。
3.故障诊断：通过对各个组件的监测和分析，快速检测和定位故障，并采取相应的措施，保证系统的正常运行。
4.数据记录和分析：记录关键参数的变化，并进行数据分析，以优化系统的运行和管理策略，并提供后续对电堆性能的改进方向和建议。
氢气供应：1.氢气储存：控制氢气储存系统的充放电过程，以及氢气的泄漏和压力变化等情况，确保氢气供应的稳定和安全。
2.氢气净化：对进入电堆的氢气进行净化和过滤，以去除杂质和湿气等有害物质，保护电堆组件的安全运行。
3.氢气质量控制：通过氢气的质量传感器，监测氢气质量，确保氢气满足电堆的工作要求。
氧气供应：1.氧气压力控制：通过控制电堆的氧气输入量和压力，以及空气过剩系数，确保电堆的正常运行和高效利用氧气。
2.氧气质量控制：通过氧气的质量传感器，监测氧气的纯度和湿度，及时发现问题，并采取措施保证氧气的质量。
冷却系统：1.冷却介质控制：通过控制冷却介质的流量和温度，及时散热，确保电堆组件的温度在安全工作范围内。
2.温度控制：利用温度传感器对电堆内各个组件的温度进行监测和控制，防止因温度过高造成电堆退化和故障。
安全保护：1.氢气和氧气泄漏检测：通过气体泄漏传感器，实时监测氢气和氧气的泄漏情况，一旦发现泄漏，立即采取措施进行处理和报警。
2.过电流保护：通过电堆内的保护装置，实时检测过电流情况，一旦发现过电流，即切断电堆的电源，以避免设备损坏和安全事故。
燃料电池控制系统研发建设方案(一)
燃料电池控制系统研发建设方案一、实施背景随着中国经济的快速发展和环境保护意识的提高，产业结构改革已成为当前中国的重要任务。
燃料电池发动机作为新一代绿色能源技术，具有高效、环保、可持续等优点，对于推动产业结构升级和实现绿色发展具有重要意义。
二、工作原理燃料电池发动机基于燃料电池技术，通过电化学反应将燃料的化学能转化为电能。
其主要由燃料电池堆、空气供应系统、冷却系统和控制系统等组成。
工作时，燃料（如氢气）与空气中的氧气在燃料电池堆中发生电化学反应，产生电能和水蒸气。
电能通过电缆输送至后端设备（如马达、发电机等），同时水蒸气排出。
三、实施计划步骤1.需求分析：明确研发目标，分析市场需求和技术瓶颈。
2.技术研究：开展燃料电池发动机的基础研究，包括材料、反应机理、性能优化等。
3.实验验证：搭建实验平台，对研发的燃料电池发动机进行性能测试和验证。
4.产品开发：基于实验结果，进行产品开发，并对产品进行持续优化。
5.市场推广：将产品推向市场，并进行持续的客户服务和反馈收集。
四、适用范围燃料电池发动机适用于多种领域，如汽车、航空航天、电力、工业等。
特别是在汽车领域，由于其零排放、低噪音和高效等优点，已被视为未来交通的重要发展方向。
五、创新要点1.先进的材料体系：采用新型材料，如纳米纤维、金属氧化物等，提高燃料电池的性能和稳定性。
2.智能控制策略：引入先进的控制算法，如模糊控制、神经网络等，实现对燃料电池发动机的精准控制。
3.多能源系统集成：将燃料电池与其他能源系统（如太阳能、风能等）进行集成，实现多种能源的互补和优化利用。
4.环保生产流程：在生产过程中采用绿色工艺，减少对环境的影响。
5.模块化设计：采用模块化设计理念，方便产品的升级和维护。
六、预期效果预计通过本方案的实施，可以带来以下预期效果：1.提高燃料电池发动机的性能和稳定性，使其在市场上更具竞争力。
2.促进中国产业结构改革和绿色发展，减少对传统能源的依赖。
燃料电池系统的优化设计与控制
燃料电池系统的优化设计与控制燃料电池是一种以氢气或含氢化合物作燃料，化学反应过程中产生电能的无污染新能源，它不仅可以应用在汽车领域，还可以作为小型携带式电源，从而实现环保高效能源的应用。
燃料电池系统是实现燃料电池能源转化的核心器件，随着燃料电池技术的发展，燃料电池系统优化设计和控制已成为当前燃料电池领域研究的热点问题之一。
一、燃料电池系统的组成和工作原理燃料电池系统一般由燃料氢气供应系统、电化学反应堆、氮气供应系统、水处理系统和控制系统五部分组成。
其中，燃料氢气供应系统主要用于氢气的储存、输送和控制调节；电化学反应堆包括阳极、阴极、电解质和集流板等组件；氮气供应系统用于保持反应堆中氢气和氧气比例；水处理系统用于处理电化学反应堆中产生的水等废物。
而控制系统则负责调节整个系统的运行状态，保证其正常稳定的工作。
燃料电池的工作原理是指在电化学反应堆中，燃料氢气经过阳极催化剂层，气体中的氢化物分子在催化剂表面逐层扩散，经过一个电化学反应生成离子，并与电解质中的氧离子发生反应，释放出电子从阳极流回阴极，电子和阳极上发生的电化学反应中的离子在阴极处结合成为水，同时放出大量的能量。
二、燃料电池系统的优化设计燃料电池系统优化设计主要包括电化学反应堆结构设计、催化剂设计和燃料气体配方的优化等方面。
1.电化学反应堆结构设计电化学反应堆结构的设计是燃料电池系统的基础，它直接影响燃料电池的效率、性能和寿命。
在电化学反应堆的结构设计中，需要考虑反应堆的流体力学特性，如流量、压力和速度等。
同时还需要考虑反应堆内的反应速率和温度分布等因素。
合理的反应堆结构可以提高燃料电池的输出功率，降低能耗，从而优化燃料电池系统的工作效率。
2.催化剂设计在电化学反应堆中，催化剂是制约燃料电池性能和效率的重要因素。
优化催化剂结构设计可以提高燃料电池的催化效率和稳定性。
当前，燃料电池催化剂主要有铂、钯、银等贵金属催化剂和氧化物、硫化物等非贵金属催化剂。
燃料电池系统的系统集成与控制
燃料电池系统的系统集成与控制随着人们对可再生能源和环境保护的关注不断增加，燃料电池作为一项利用氢气和氧气来产生电能和水的技术逐渐受到广泛推广和应用。
由此，燃料电池系统作为将燃料电池、动力电子变换器、压力调节器、液体水箱、电池管理系统等各种组件集成起来的系统也变得十分重要。
在燃料电池系统中，控制电路是非常重要的一部分，它将电化学反应产生的电能转化为适合于车辆和设备使用的电能，同时对燃料电池系统进行智能化监测和控制。
因此，燃料电池系统的系统集成和控制技术也成为了该技术领域中的关键技术之一。
燃料电池系统的系统集成主要包括了三个方面：组件的互联、系统设计和优化。
组件的互联主要是指各种不同的组件如燃料电池堆、氢气储罐、电池管理系统等之间的相互连接及其控制策略的选择。
通过合理的组件互联，可以更好地实现整体系统的高效、安全与可靠运行，同时降低系统的重量和成本，从而在应用层面提升了能源利用效率。
系统设计和优化是燃料电池系统的第二个核心问题。
燃料电池系统与传统的内燃机系统存在着很大的区别，因此在系统设计中需要考虑到所使用的燃料电池的类型、堆的数量、汽车整车功率等因素。
在实际应用中，应在确保系统功率输出的同时降低系统噪声以及降低系统重量，让燃料电池系统更适应于汽车行业的应用。
除了燃料电池堆等核心模块外，开发和选择合适的控制策略也是系统集成和优化的核心问题之一。
例如，单片机根据补偿算法控制电容器的充放电状态，使系统电压与要求的工作电压匹配，使得电能转化和传输过程更加高效；PID控制策略在控制电器及电路器件等方面也起着重要的作用。
因此，通过不断优化控制策略，燃料电池系统可以更好地满足员工的使用需求，并提高技术的实际应用价值。
在燃料电池系统的控制方面，传感器技术的发展也给燃料电池系统的智能监测和控制提供了必要的手段。
例如，通过利用气体传感器、压力传感器等实现对氧气、氢气、空气阀门的快速控制和监测，实现桥驱动器、电阻电容型限流器的智能控制。
燃料电池系统设计与控制策略优化研究
燃料电池系统设计与控制策略优化研究引言：燃料电池系统作为一种新型的清洁能源技术，被广泛应用于汽车、航空航天、能源储存等领域。
燃料电池系统的设计和控制策略是确保系统高效运行和优化能量转换效率的关键。
本文将对燃料电池系统设计的几个关键方面进行探讨，并提出相应的控制策略优化研究。
一、燃料电池系统设计1. 系统组成与功能燃料电池系统主要由燃料供应装置、气体处理系统、电化学反应器、冷却系统和电子控制系统等组成。
其基本功能是将燃料和氧气进行电化学反应，产生电能。
在设计燃料电池系统时，需要考虑到系统的稳定性、安全性和高效性等方面的要求。
2. 燃料选择与供应燃料电池系统的燃料选择通常有氢气燃料电池和甲醇燃料电池两种。
氢气燃料电池具有零排放、高效能转换等优点，但氢气的储存和输送技术仍然是一个挑战。
甲醇燃料电池则可以利用液态燃料储存和输送，但存在着二氧化碳排放和能量转换效率低的问题。
在设计燃料电池系统时，需要考虑到不同燃料的属性和使用环境的实际情况。
3. 系统参数选择与匹配燃料电池系统的参数选择与匹配涉及到电池类型、功率输出要求、燃料和氧气流量等方面的考虑。
不同类型的燃料电池系统具有不同的特点和适用范围，需要选择合适的电池类型以满足实际需求。
同时，需要根据实际功率输出要求和燃料、氧气流量等参数，优化系统的设计，以提高能量转换效率。
二、燃料电池系统控制策略优化研究1. 控制策略概述燃料电池系统的控制策略主要包括燃料供应控制、氧气供应控制和水管理等方面。
燃料供应控制需要根据负载需求和燃料电池的工作状态，控制燃料的流量和压力，以维持电池的正常运行。
氧气供应控制需要根据负载需求和氧气的供应能力，控制氧气的流量和压力，以保证氧气的充分供应。
水管理则需要控制和维护燃料电池系统中的水平衡，防止水分过量或不足。
2. 控制策略优化方法为了提高燃料电池系统的效率和稳定性，需要优化控制策略。
常见的优化方法包括模型预测控制、模糊控制和神经网络控制等。
燃料电池系统动态控制策略设计研究
燃料电池系统动态控制策略设计研究燃料电池系统是一种高效、清洁的能源转换技术，具有广泛的应用前景。
随着能源需求不断增加和环境污染日趋严重，燃料电池系统的研究和应用变得越来越重要。
燃料电池系统的动态控制策略设计是保证系统稳定运行和提高能效的
关键。
在实际应用中，燃料电池系统受到外部环境条件、负载变化、电化学反应动态响应等多种因素的影响，因此需要设计合适的控制策略来调节系统的工作状态。
本文通过研究燃料电池系统的动态特性和控制要求，提出了一种基于
模型预测控制（MPC）的动态控制策略设计方法。
该方法通过建立系统的数
学模型，并利用预测算法来优化控制输入，实现对系统动态响应的精确控制。
实验结果表明，基于MPC的动态控制策略在提高系统响应速度和稳定性方面具有显著优势。
此外，本文还分析了燃料电池系统中控制参数的选择问题，提出了一
种基于遗传算法的参数优化方法。
通过对系统参数进行优化调节，可以有效提高系统的性能和稳定性，降低能耗和维护成本。
综合以上研究成果，本文为燃料电池系统的动态控制策略设计提供了一种新的思路和方法。
未来的研究方向包括进一步优化控制算法、提高系统响应速度和稳定性、降低系统成本和能耗等方面的探索，为燃料电池系统的广泛应用和推广提供技术支持。
氢燃料电池电堆系统控制方案
.AIR OUTAIR INH2INDI-WEG INDI-WEG OUT图1 1号电堆模块系统图H2PURGE124V H2PURGE2WEXPT图2 车用1号电堆系统系统图.表1 模块附件表：表2 车载系统附件表：2.1 模块●冷却液与压缩空气热交换器因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。
考虑到要适应低温环境，最好采用。
●氢气入口压力调整器电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。
为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。
●阳极压力保护为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。
采用安全阀SRV-H5保护。
●外增湿器外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。
具体是否采用，要看电堆的需求。
●氢气循环氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。
●氢气吹扫（排放）阀氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。
要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。
●电堆空气出口压力电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。
为防止憋压，比例阀为常开阀。
●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。
在模块中需要加入检测单元。
绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。
●电机调速器的电源因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。
启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。
氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。
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图片简介:一种电子控制单元（ECU）（90），其用于估计在燃料电池1的层叠方向上布置的电池的湿润状态中的分散度。
当确定了在湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，所述ECU（90）控制冷却剂的流量、气体的流量以及气体的压力，以将湿润状态中的分散度抑制在阈值以下。
所述ECU（90）以比其他参数更高的优先级来控制冷却剂的流量。
技术要求1.一种燃料电池系统，其特征在于包括：燃料电池(1)，所述燃料电池用于通过在燃料气体和氧化气体之间的电化学反应来产生电力，并且由单元电池的层叠堆栈来构成；检测装置，所述检测装置用于检测在所述单元电池的层叠方向上布置的所述单元电池的湿润状态中的分散度；以及控制装置，当所述湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，所述控制装置通过控制用于冷却所述单元电池的冷却介质的流量来抑制所述湿润状态中的分散度，其中，所述控制装置还控制所述燃料气体和所述氧化气体的气体流量以及所述燃料气体和所述氧化气体的气体压力中的至少一项，以及其中，所述控制装置对于冷却介质的流量、所述气体流量以及所述气体压力设定优先级顺序，并且通过首先控制所述冷却介质的流量并且然后控制所述气体流量和/或所述气体压力，来根据该优先级顺序执行控制。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制装置执行控制以使得：在所述单元电池的所述层叠方向上布置的所述单元电池中的、位于所述燃料气体、所述氧化气体和所述冷却介质的入口侧的一个电池的湿度，与和在该入口侧的该电池相对定位的终端电池的湿度变为彼此相等。
3.一种用于燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统通过在燃料气体和氧化气体之间的电化学反应来产生电力并且通过单元电池的层叠堆栈来构成，所述控制方法的特征在于包括：(a)检测在所述单元电池的层叠方向上布置的所述单元电池的湿润状态中的分散度；以及(b)当所述湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，通过控制用于冷却所述单元电池的冷却介质的流量来抑制所述湿润状态中的分散度，其中，重复执行所述(b)步骤，直至在所述湿润状态中的分散度变得小于所述阈值，以及其中，所述(b)步骤还包括：控制所述燃料气体和所述氧化气体的气体流量以及所述燃料气体和所述氧化气体的气体压力中的至少一项，其中，对于冷却介质的流量、所述气体流量以及所述气体压力设定优先级顺序，并且通过首先控制所述冷却介质的流量并且然后控制所述气体流量和/或所述气体压力，来根据该优先级顺序执行控制。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，所述(b)步骤包括：(b1)确定所述冷却介质的当前流量是否低于最大容许流量，以及(b2)当确定所述冷却介质的所述当前流量低于所述最大容许流量时，控制所述冷却介质的所述流量，并且当确定所述冷却介质的所述当前流量已经达到所述最大允许流量时，控制所述燃料气体和所述氧化气体的气体流量以及所述燃料气体和所述氧化气体的气体压力中的至少一项。
5.根据权利要求3或4所述的控制方法，其中，所述(b)步骤包括：执行控制以使得：在所述单元电池的所述层叠方向上布置的所述单元电池中的、位于所述燃料气体、所述氧化气体和所述冷却介质的入口侧的一个电池的湿度，与和在该入口侧的该电池相对定位的终端电池的湿度变为彼此相等。
说明书燃料电池系统及其控制方法技术领域本技术涉及燃料电池系统及其控制方法，并且更具体地，涉及对在堆栈分层方向上在湿润状态中的分散度的抑制。
技术背景已知一种配备有燃料电池的燃料电池系统，该燃料电池具有对其供应燃料气体的燃料电极以及对其供应氧化气体的氧化剂电极，并且使得这些气体相互进行电化学反应以产生电力。
根据日本专利申请公开No.10-340734(JP-A-10-340734)中所公开的，对燃料电池中的温度分布进行检测，并且当确定了温度分布处于预定不均匀状态中时，对冷却剂控制装置进行控制以增加每单位时间供应到燃料电池的冷却剂的量。
通过检测流入燃料电池的冷却剂的温度与从燃料电池排出的冷却剂的温度之间的差来获得温度分布。
根据在日本专利申请公开No.2008-21448(JP-A-2008-21448)中所公开的，对构成堆栈的电池的湿润状态中的分散度进行检测，并且当电池中的特定一个比电池中的另一个干燥了预定水平或更多时，执行对加湿燃料电池的控制。
更具体地，控制燃料气体加湿器和氧化气体加湿器，以将供应到燃料电池的燃料气体和氧化气体的加湿量增加到正常水平以上。
根据日本专利申请公开No.2009-193817(JP-A-2009-193817)所公开的，根据在燃料电池的不同测量点所测量到的电压之间的差来估计水分的偏流状态，并且然后通过调整供应到燃料电池的每种气体的湿度、每种气体的流量以及每种气体的压力中的至少一项来控制水分的偏流状态。
顺便地，在燃料电池被安装诸如车辆等的移动体的情况下，将冷却剂或燃料气体/氧化气体供应到燃料电池的各个电池/从燃料电池的各个电池排出冷却剂或燃料气体/氧化气体的歧管由于用于安装的大小和重量的限制而导致无法在大小方面增加到必要范围之外。
此外，考虑到歧管等中的水分的排出，歧管的直径需要非常小，以确保歧管中的特定流量。
在该歧管和与之连接的各个电池中，与对歧管等的大小没有限制的情况相比，内部流体的压力损失的影响更显著。
由于该压力损失，冷却剂和燃料气体/氧化气体的分布更有可能分散。
该分布的分散度导致了由气体带走的水分量的差异、冷却剂的流量的差异以及在电池中的温度分布。
因此，电池的湿润状态中的分散度发生在燃料电池堆栈的层叠方向上，并且因此可能导致各个电池的电压下降、输出限制等。
如日本专利申请公开No.2009-193817(JP-A-2009-193817)中所公开的，通过调整气体的湿度、气体的流量和气体的压力来将湿润状态控制到某一程度。
然而，需要在湿润状态中更有效地抑制分散度的技术。
技术内容本技术提供了一种燃料电池系统以及用于该燃料气体电池系统的控制方法，该燃料电池系统抑制由于供应和排出冷却介质以及燃料气体/氧化气的歧管所导致的内部流体的压力损失所造成的冷却剂和燃料气体/和氧化气体的分布的分散所导致的潮湿状态中的分散。
本技术的第一方面涉及燃料电池系统。
该燃料电池系统布置有燃料电池，该燃料电池通过在燃料气体和氧化气体之间的电化学反应来产生电力并且通过单元电池的层叠堆栈来构成；检测装置，该检测装置用于检测在单元电池的层叠方向上布置的电池的湿润状态中的分散度；以及控制装置，该控制装置用于在湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，通过控制用于冷却单元电池的冷却介质的流量来抑制湿润状态中的分散度。
控制装置还可以进一步控制燃料气体和氧化气体的气体流量以及燃料气体和氧化气体的气体压力中的至少一项。
控制装置可以执行控制，以使得位于燃料气体、氧化气体、冷却介质的入口侧的燃料电池的层叠方向上布置的单元电池中的一个电池的湿度，与和在该入口侧的该电池相对定位的终端电池的湿度变为彼此相等。
本技术的第二方面涉及用于燃料电池系统的控制方法。
燃料电池系统配备有燃料电池，该燃料电池通过在燃料气体和氧化气体之间的电化学反应来产生电力并且由单元电池的层叠堆栈构成。
该控制方法包括：（a）检测在单元电池的层叠方向上布置的单元电池的湿润状态中的分散度，以及（b）当在湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，通过控制用于冷却单元电池的冷却介质的流量来抑制在湿润状态中的分散度。
重复实施（b）直至在湿润状态中的分散度变得小于阈值。
（b）还进一步包括：控制燃料气体和氧化气体的气体流量以及燃料气体和氧化气体的气体压力中的至少一项。
（b）可以包括：确定冷却介质的当前流量是否低于最大容许流量，并且当确定了冷却介质的当前流量低于最大容许流量时，控制冷却介质的流量，并且当确定了冷却介质的当前流量已经达到最大容许流量时，控制燃料气体和氧化气体的气体流量以及燃料气体和氧化气体的气体压力中的至少一项。
根据本技术的各个方面的燃料电池系统及其控制方法能够抑制由于供应和排出冷却介质以及燃料气体/氧化气体的歧管的压力损失而造成的冷却剂和燃料气体/氧化气体的分布的分散度所引起的湿润状态中的分散度。
附图说明参考附图，本技术的上述以及其他特征和优点从以下本技术的示例性实施例的描述中将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件，并且在附图中：图1是根据本技术的实施例的燃料电池系统的示意性视图；图2是根据本技术的实施例的燃料电池系统的每个电池的示意性视图；图3是本技术的实施例的处理流程图；图4是示出在温度T和饱和水蒸汽压力之间关系的图形视图；图5A和图5B是示出冷却剂和气体的分布的分散度的说明性视图；以及图6是示出分散度的抑制的示例的流程图。
具体实施方式下文将在附图的基础上描述本技术的实施例。
将描述燃料电池系统的基本构造。
图1示出了燃料电池系统的构造。
燃料电池系统配备有燃料电池1、用于存储燃料气体的储气罐21、燃料气体通路22、循环通路25、燃料废气通路30、鼓风机51、氧化气体通路52、氧化废气通路53、测量设备60、加湿器70、冷却剂供应部80、以及电子控制单元（ECU）90。
燃料电池系统通过使得在通过燃料气体通路22从储气罐21供应的燃料气体和通过氧化气体通路52从鼓风机51供应的氧化气体之间的电化学反应在燃料电池1内进行来产生电力。
燃料气体通路22设置有减压阀23和流量控制阀24。
从储气罐21向燃料电池1供应的燃料气体通过减压阀23被减压到预定压力，通过流量控制阀24来在流量方面调整从储气罐21向燃料电池1供应的燃料气体，并且通过燃料气体通路22将从储气罐21向燃料电池1供应的燃料气体供应到燃料电池1。
流过燃料电池1的内部的燃料气体被排出到循环通路25。
循环通路25设置有循环泵26。
循环泵26能够使从燃料电池1排出的燃料气体返回到燃料气体通路22，并且增加每单位时间供应到燃料电池1的燃料气体的流量。
燃料废气通路30设置有放气阀31。
燃料气体通过循环减少包含在其中的气体的浓度（氢气的浓度）。
因此，控制放气阀31以便使具有低气体浓度的燃料废气从循环通路排出到燃料废气通路30，并且流量控制阀24被控制为从储气罐21供应具有高气体浓度的燃料气体。
测量设备60测量各种状态，诸如燃料电池1的各个电池的电压等。
可以将由测量设备60测量到的各个电池的电压等供应到ECU 90。
冷却剂供应部80以循环方式向燃料电池1供应冷却剂。
冷却剂供应部80配备有循环泵和散热器。
例如，诸如乙二醇的防冻剂等用作冷却剂。
ECU 90控制整个燃料电池系统。
ECU 90控制放气阀31、减压阀23以及流量控制阀24。
在燃料电池中的湿润状态的基础上，ECU 90控制这些值，使得对燃料电池的发电效率进行优化。
更具体地，ECU 90基于由测量设备60检测到的各个电池的电压等，来对在燃料电池1的堆栈的层叠方向上的湿润状态中的分散度进行确定，并且根据该确定的结果来调整冷却剂的流量、气体的流量和气体的压力，以抑制或消除湿润状态中的分散度。