[发明专利]一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统及方法

说明书

本公开提出了一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统及方法，针对质子交换膜燃料电池的氢气和氧气分压的输入控制系统的非线性、强耦合性、以及传统PID控制效果较差等问题，采用遗传算法和模糊控制算法相结合优化PID控制器的PID参数，有效防止质子交换膜燃料电池的质子交换膜损伤，提高了电池寿命缩短和总效率。

技术领域

本公开涉及电池控制相关技术领域，具体的说，是涉及一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

近年来，由于传统化石燃料消耗量的迅速增加以及日益严重的环境污染问题，很多国家大规模研究推行可再生清洁能源。我国把可再生替代能源——燃料电池列为重点发展的前沿技术，并投入大量人力、物力和财力开展相关研究。质子交换膜燃料电池作为第五代燃料电池，不仅具有与风能、太阳能的互补性，而且，具有工作温度低，噪音及环境污染小，使用灵活，发电效率高，便于维护等优点，在小型分散热电联产和家用热电联产方法具有较大的潜力。但是，尽管质子交换膜燃料电池冷热联供系统总效率可达80％以上，其制造成本高且使用寿命短等问题导致质子交换膜燃料电池目前尚未被广泛应用在冷热电联供系统中。发明人发现，质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)在工作过程中不当的控制方法和操作是造成电池性能衰减或损坏的不可忽略因素。质子交换膜燃料电池工作环境复杂且负载变化频繁，但是目前研究设计的控制策略缺乏综合的智能优化控制能力，在负载变化情况下，无法有效缩小阴极和阳极之间的气体压强差，且过大的空气和燃料流量给定，不仅使得空气压缩机耗能增大，还会造成燃料的浪费，还会使得基于质子交换膜燃料电池的热电联产系统效率低下，另外，所采用的传统控制方法运算复杂并不能动态的适应系统的响应。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统及方法，针对质子交换膜燃料电池的氢气和氧气分压的输入控制系统的非线性、强耦合性、以及传统PID控制效果较差等问题，采用遗传算法和模糊控制算法相结合优化PID控制器的PID参数，有效防止质子交换膜燃料电池的质子交换膜损伤，提高了电池寿命缩短和发电效率。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统，包括依次连接的流量控制器、PID控制器和PID参数计算模块,流量控制器连接质子交换膜燃料电池气体输入端；PID参数计算模块用于根据获取的燃料电池阴极和阳极之间的压强差值，采用遗传算法迭代计算PID控制器的PID参数值，并输入至PID控制器；

所述PID控制器采用PID控制算法根据获取的燃料电池的阴极和阳极的压强信号，生成阳极和阴极的气体流量控制信号，传输至流量控制器，通过流量控制器控制燃料电池阳极和阴极的气体流量。

进一步地，PID参数计算模块采用的遗传算法以燃料电池阴极和阳极之间的压强差最小为目标函数。

进一步地，流量控制器包括阴极流量控制器和阳极流量控制器，PID控制器包括阳极PID控制器和阴极PID控制器，所述阳极PID控制器、阳极流量控制器与燃料电池阳极气体输入端依次连接；所述阴极PID控制器、阴极流量控制器与燃料电池阴极气体输入端依次连接。

进一步地，还包括模糊控制器，所述模糊控制器根据实时获取的压强信号与设定值的误差值和误差值变化率，采用模糊算法实时计算PID控制器的整定值并输入至PID控制器。

进一步地，模糊控制器包括阴极模糊控制器和阳极模糊控制器，阴极模糊控制器的输入端输入为阴极气体压强误差值和误差值变化率，通过自适应模糊推理，输出阴极参数PID参数调整值至阴极PID控制器；阳极模糊控制器的输入端输入为阳极气体压强误差值和误差值变化率，通过自适应模糊推理，输出阳极参数PID参数调整值至阳极PID控制器。