燃料电池控制实现方法

PEMFC的输出电压是评定PEMFC系统性能的重要指标之一。在应用燃料电池供电时，需要保证在不同负载作用下，使其输出电压稳定。由上面的分析可以得到电池输出电压是氢气和氧气压力、电池温度以及输出电流的函数，表示为

在PEMFC内部，氢气的压力受到流入氢气流量、流出氢气和反应消耗氢气流量影响，根据能量守恒定律和理想气体状态方程，可表示为

式中，V_a为阳极流场总体积；m_H2为流入氢气流量；K_a为阳极流量系数；P_H2，B为氢气排除压力。

同理，存在氧气压力特性方程式为

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式中，V_c为阴极流场总体积；m_O2为流入氧气流量；K_a为阴极流量系数；P_O2，B为氧气排除压力。

如图7-14为PEMFC的系统控制结构，四个输入量决定了电池输出电压的大小，其内部结构可以根据式（7-18）～式（7-20）搭建。

图7-14 PEMFC仿真模型及其输出控制结构

在电池温度和负载电流确定的情况下，阳极和阴极反应气体的流速便是影响PEMFC输出电压的主要因素。这样就可以采用PI调节器，并通过其输出来调整气体流速，从而改变气体压力，使输出电压达到预期电压值，具体实现的控制结构图已在图7-14中给出。其中，m_H2、m_O2分别为流入阳极和阴极的氢气和氧气流量，e为电压误差，T为电池温度，I为电池负载电流，U_ref为电池输出电压参考值，U_out为实际输出电压。这种PI调节器控制方式，使得燃料电池在负载扰动情况下，能保持输出电压恒定，在直流分布式系统中可以等效为一个恒压源。