燃料电池的建模与PID控制.doc

摘要:燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它可以直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。本文的主要研究对象是质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)，它有燃料电池普遍存在的特点，而且还具有高比能量、运行起步快、运行温度低、日常维护方便、寿命长、不易腐蚀等特点。因而，它已经成为当今燃料电池领域中研究最普遍、成长最快的一个分支。

首先通过查阅相关文献，得到电池的输出特性（输出电压与电流密度的关系）的经验公式。其次，采用机理建模的方法，建立燃料电池的数学模型，根据燃料电池的参数，建立仿真模型，并对其静动态特性进行研究。然后，给Simulink模型加入一个变化的电流，仿真结果与查阅文献中的输出性能相比较，与之相符说明模型正确有效，使之较好地反映电堆的输出性能。结合千瓦级PEMFC电堆的输出电压、负载电流，阴极和阳极的气体的数据，对电堆参数进行了调试和确认。最后，设计一个PID控制器,在PEMFC电堆的Simulink模型中，给氢气分压加了一个step模块，实行控制进入PEMFC电堆的氢气的压力，进而获得较为稳定的电压值。

关键词：质子交换膜燃料电池；数学模型；建模；仿真

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 燃料电池的概述-1

1.2 燃料电池的发展史-1

1.3 燃料电池的特点-2

1.4 燃料电池的工作原理-3

1.5 燃料电池的应用-3

2 质子交换膜燃料电池的稳态模型-4

2.1 质子交换膜燃料电池简介-4

2.2 质子交换膜燃料电池组成及工作原理-4

2.3 PEMFC参数-4

2.4 PEMFC数学模型-5

3 PEMFC的稳态模型仿真与分析-8

3.1 Matlab简介-8

3.2 PEMFC的Simulink模型仿真与分析-8

3.2.1 Simulink简介-8

3.2.2 PEMFC的Simulink模型-9

3.2.3 静态特性研究-10

3.2.4 动态特性研究-11

4 PID控制PEMFC稳态模型-14

4.1 PID控制概述-14

4.2 PID控制原理-15

4.3 PID控制PEMFC稳态模型结果及其分析-15

结    论-18

参 考 文 献-19

致    谢-20