質子交換膜燃料電池系統容錯控制策略綜述

燃料電池是強大的發電系統，它們的效率很高，而且不會產生溫室氣體。這項技術涉及很多科學領域，往往會出現很多相互依賴的參數。這使得系統特別難以控制并且增加了故障的發生頻率。這兩個問題需要將系統性能保持在預期水平，即使在運行狀況不佳的情況下也是如此。它被稱為“容錯控制”（FTC）。本文旨在將FTC技術應用于質子交換膜燃料電池（PEMFC）。

FTC方法由兩部分組成。首先，診斷部分允許識別和隔離故障；它需要對所有可能的錯誤有一個很好的先驗認識。然后，控制部分允許最佳控制策略找到恢復/減輕故障的最佳工作點；它需要了解退化現象及其緩解策略。以前的文章主要強調了兩個主要控制目標。第一個是盡量減少燃油消耗。這些類型的控制是有意義的，因為氫的成本很高。第二個側重于燃料電池的健康狀態。事實上，在某些情況下，減少過渡效應和注入具有最佳燃料電池操作溫度的氣體是燃料電池壽命的面臨的主要問題，這是由于燃料電池系統的壽命相對較短。然而，重要的是要注意，除了最后引用的所有其他案例之外，大多數控制法幾乎不考慮故障的發生，因此考慮燃料電池的健康狀況（SoH）是十分有必要的。

圖1　FTC控制策略

控制法與診斷工具和決策模塊有許多可能的組合來制定FTC策略（圖1、圖2）。效果最好的一個在很大程度上取決于所研究的系統施加的約束和所考慮的故障。FTC策略必須經過檢測，隔離和計算適應的控制律，以在發生任何退化之前恢復故障。