大功率空冷自增濕PEMFC 溫度控制方法

游志宇， 陳維榮， 彭 赟， 李 奇

(西南交通大學電氣工程學院，四川 成都610031)

質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)具有運行溫度低、功率密度高、啟動快、穩定性好、零污染等特點，受到各國的高度重視及應用研究［1-3］. 根據冷卻方式的不同，PEMFC 可分為空氣冷卻和循環水冷卻兩種類型.空冷自增濕PEMFC 屬于空氣冷卻型，其結構簡單、自身功耗低、性能優越，但其輸出性能受到電堆工作溫度、空氣流量、尾氣排氣間隔等參數的影響［4-9］.對于空冷自增濕PEMFC 而言，電堆工作溫度、空氣流量、尾氣排氣是相互影響、相互耦合的，調節陰極空氣流量將影響電堆工作溫度及陽極含水量，調節陽極間歇排氣將影響電堆陽極含水量及化學反應性能，從而影響電堆溫度.因此，空冷自增濕燃料電池的水管理［10］和熱管理是相互耦合的.控制燃料電池在某一工作電流下的最優工作溫度，維持電堆的水平衡和熱平衡是提高電堆輸出性能的關鍵.文獻［6］通過實驗測試表明電堆輸出電壓先隨溫度升高而逐漸上升，當電堆溫度達到一定值后，輸出電壓隨溫度升高而急劇下降.文獻［11-13］通過實驗揭示了電堆存在最優工作溫度特性，當電堆工作在最優溫度特性范圍內時，其輸出性能最佳.

文獻［11-13］中分別采用模糊PID 融合控制、模糊增量PID 控制、增量PID 控制實現了PEMFC最優溫度控制，使PEMFC 輸出性能達到最佳. 上述基于PID 的溫度控制方法實現了小功率等級空冷自增濕PEMFC 的最優溫度控制，但有關大功率空冷自增濕PEMFC 的最優溫度控……