福州大學(xué)研究人員撰文質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理

福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員鄭先娜、林瑞全，在2017年第11期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，簡(jiǎn)單介紹了質(zhì)子交換燃料電池的工作原理，分析了影響其工作性能的重要因素，對(duì)目前質(zhì)子交換膜燃料電池控制方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，結(jié)合當(dāng)前研究現(xiàn)狀，對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)控制今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

質(zhì)子交換膜燃料電池也稱作高分子電解質(zhì)燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell PEMFC),PEMFC是燃料電池中最典型的一種，具有工作溫度低、啟動(dòng)迅速、過(guò)載能力大、能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好、能量密度高、可靠性高等特點(diǎn)，是一種應(yīng)用前景廣闊的新能源發(fā)電裝置。

目前，PEMFC廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電源、家用電源、電動(dòng)汽車等供應(yīng)系統(tǒng)。PEMFC的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高度非線性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)的復(fù)雜模型，很難用精確的模型對(duì)其進(jìn)行描述。同時(shí)PEMFC在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)受到進(jìn)氣壓力、溫度、濕度、電流密度等多種因素的影響。因此，為了提高系統(tǒng)的工作性能，保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，采取恰當(dāng)?shù)目刂撇呗詫?duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)PEMFC控制技術(shù)已經(jīng)開展了一定研究，各種控制方法如傳統(tǒng)PI控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自適應(yīng)模糊控制、滑模控制、魯棒控制等，均在PEMFC系統(tǒng)的研究中得到了應(yīng)用，并取得一定成果。

本文基于多種控制策略的PEMFC的控制問(wèn)題，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對(duì)PEMFC今后發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 PEMFC工作原理

PEMFC基本結(jié)構(gòu)主要包括陰極、陽(yáng)極、電解質(zhì)和外電路組成，其電解質(zhì)是一種固態(tài)高分子聚合物，位于陰極陽(yáng)極之間，將氫氣和氧氣的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能。

PEMFC結(jié)構(gòu)與反應(yīng)原理如圖1所示，反應(yīng)過(guò)程實(shí)質(zhì)上可以看成是水電解的逆過(guò)程：陽(yáng)極，在催化劑作用下，氫氣分子分解成質(zhì)子和電子，質(zhì)子穿過(guò)質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，在陰極催化劑層和氧分子結(jié)合生成水，并產(chǎn)生電能。陰極，空氣經(jīng)壓縮裝置進(jìn)入，與電子、氫離子在催化劑的作用下生結(jié)合生成水。

總化學(xué)反應(yīng)方程如下：

圖1 PEMFC結(jié)構(gòu)與反應(yīng)原理

2 PEMFC性能影響因素

2.1溫度對(duì)PEMFC性能的影響

電堆能量轉(zhuǎn)換率通常在50%~60%之間，意味著電堆在反應(yīng)過(guò)程中放出大量的熱，而溫度變化對(duì)電池放電性能和使用壽命有很大影響。PEMFC內(nèi)部正常溫度應(yīng)維持在65～85℃，溫度適當(dāng)升高時(shí)，會(huì)加速反應(yīng)速度，降低極化電壓，同時(shí)質(zhì)子交換膜燃料電池的電導(dǎo)率也會(huì)增加，通過(guò)減少膜的歐姆極化電壓提高電堆轉(zhuǎn)換效率[1,2,3]。但是溫度過(guò)高會(huì)引起高分子膜失水，大大降低了高分子膜的傳導(dǎo)能力和熱穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致膜收縮破損，縮短電池的使用壽命。

影響電堆溫度主要有以下兩個(gè)因素：其一，電堆內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)放熱，包括電化學(xué)反應(yīng)熱、歐姆極化熱和活化極化熱等；其二，系統(tǒng)對(duì)PEMFC電堆溫度的影響，電堆溫度與電堆濕度密切相關(guān)，而電堆濕度與進(jìn)氣空氣流量?jī)烧呦嗷ビ绊?，此外，環(huán)境溫度變化和電堆負(fù)載的大小對(duì)PEMFC電堆溫度也有一定的影響[3]。

2.2壓力對(duì)PEMFC性能的影響

在質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)其他運(yùn)行條件不變時(shí)，電極內(nèi)反應(yīng)氣體的壓力越大，電池的輸出性能越好。在動(dòng)力學(xué)角度分析，增大氣體壓力對(duì)提高交換電流密度，降低活化過(guò)電位有很大幫助；在熱力學(xué)角度分析，增大氣體壓力對(duì)于增大電池可逆電勢(shì)，改善電池性能有很大影響；在擴(kuò)散的角度分析，增加反應(yīng)氣體的壓力，可以加快反應(yīng)氣體的傳質(zhì)速度，增大催化層內(nèi)反應(yīng)物的濃度，加快正向反應(yīng)，進(jìn)而提高燃料電池的工作特性[3]。

因此，要想獲得較高的電池功率密度，可以適當(dāng)提高反應(yīng)氣體的壓力[4,5]?？紤]到增大反應(yīng)氣體的壓力會(huì)增加電堆的密閉難度以及增大壓縮系統(tǒng)的功耗和成本等因素，在實(shí)際工作中，PEMFC反應(yīng)氣體的工作壓力不宜過(guò)高，一般都控制在幾個(gè)大氣壓以內(nèi)。為了保持電解質(zhì)膜最佳濕度以及對(duì)生成水的排放，要求陰極反應(yīng)氣體的壓力要等于或者稍高于陽(yáng)極反應(yīng)氣體，并且在調(diào)節(jié)兩極壓力時(shí)要確保同升同降，以減少對(duì)質(zhì)子膜的損害。

2.3濕度對(duì)PEMFC性能的影響

電解質(zhì)膜是PEMFC中最關(guān)鍵的元件，用于傳遞H+，隔離電子。電解質(zhì)膜中必須有足夠的水分才能更好工作。當(dāng)電解質(zhì)膜缺水濕度下降時(shí)會(huì)減少膜的電導(dǎo)率，降低PEMFC的性能，嚴(yán)重時(shí)將停止工作[6,7]；而水分過(guò)多時(shí)會(huì)發(fā)生水淹電極現(xiàn)象。

因此，膜中水的含量對(duì)電池的性能有很大影響，為了保證電解質(zhì)膜有一定的濕度，最常用的辦法是外升溫增濕的方法，利用增濕系統(tǒng)控制電解質(zhì)膜水含量，保證PEMFC正常工作。

電解質(zhì)膜濕度主要取決于反應(yīng)氣體帶進(jìn)來(lái)的水以及反應(yīng)生成的水，同時(shí)，PEMFC工作溫度、反應(yīng)氣體濕度、流量、壓力、外界溫度等對(duì)膜濕度都有影響。

3PEMFC控制策略

質(zhì)子交換膜燃料電池是一個(gè)多輸入、多輸出、不確定的非線性時(shí)變系統(tǒng)，由于受多參數(shù)的影響導(dǎo)致其輸出特性很難控制。國(guó)內(nèi)外學(xué)者，針對(duì)這一特性進(jìn)行了大量研究，提出多種控制方法，從不同角度對(duì)PEMFC進(jìn)行控制，以提高凈輸出功率。以下介紹近年來(lái)研究進(jìn)展。

3.1傳統(tǒng)PID控制

PID控制器是工業(yè)控制中最廣泛的控制規(guī)律，因其簡(jiǎn)單易懂的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)。PEMFC系統(tǒng)的壓力、溫度、濕度等同樣采用了PID算法進(jìn)行控制。程站立[8]等采用PID算法控制器控制電堆的輸出電流。

通過(guò)分析了電堆輸出電流出現(xiàn)階躍變化時(shí)，對(duì)電堆輸出電壓、輸出功率以及電堆效率的影響，證明所設(shè)計(jì)的算法具有較好的魯棒性，對(duì)改善PEMFC控制系統(tǒng)的性能有很大提高。Swain P[9]等，利用Matlab工具箱得到可控可觀的線性化系統(tǒng)的狀態(tài)空間矩陣，進(jìn)而采用PID控制器對(duì)氫氣氧氣壓力差進(jìn)行控制，仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)所設(shè)計(jì)控制器可以使氫氣氧氣壓力差維持在一定范圍，達(dá)到控制效果。

但是由于控制器的適應(yīng)能力和抗干擾能力都較差，采用PID算法控制的系統(tǒng)容易受干擾的影響，因此不適于大擾動(dòng)和對(duì)控制性能要求很高的復(fù)雜系統(tǒng)。基于此，智能控制被逐漸廣泛應(yīng)用。

3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)高度非線性系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種只能智能控制方法，因其具有自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力而廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)。適用于對(duì)PEMFC這種復(fù)雜系統(tǒng)控制分析。葛福臻[10]等針對(duì)PEMFC的濕度特性，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法對(duì)加濕系統(tǒng)進(jìn)行控制，根據(jù)進(jìn)口區(qū)、中間區(qū)和出口區(qū)三個(gè)部分平均單片電壓間的關(guān)系建立模糊規(guī)則，將該規(guī)則運(yùn)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)對(duì)陽(yáng)極加濕溫度的控制來(lái)提高工作性能。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，所設(shè)計(jì)的濕度控制系統(tǒng)具有較好的控制效果。R Vinu[11]等設(shè)計(jì)了電壓輸出反饋控制器，該控制器運(yùn)用了和諧搜索算法的優(yōu)化技術(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制器來(lái)控制輸出電壓，通過(guò)比較所設(shè)計(jì)的控制器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制器的效果表明，該控制器輸出結(jié)果更接近參考電壓。通過(guò)評(píng)估積分平方誤差，積分絕對(duì)誤差和積分時(shí)間加權(quán)絕對(duì)誤差來(lái)比較所設(shè)計(jì)的控制器的性能，結(jié)果表明該控制器的系統(tǒng)誤差值最小，性能最優(yōu)。

Guo Li[12]等針對(duì)溫度特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度控制器，該控制器具有良好的控制性能，同時(shí)對(duì)模型精度要求不高，仿真結(jié)果表明該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度控制系統(tǒng)有很好的魯棒性和溫度控制性能。

3.3預(yù)測(cè)控制

模型預(yù)測(cè)控制采用一種擇優(yōu)思想，采用多步測(cè)試、滾動(dòng)優(yōu)化和反校正控制策略，有較好的控制效果，因此適用于復(fù)雜的且不易建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)。羅超[13]采用一種基于T-S模糊模型的預(yù)測(cè)控制算法對(duì)PEMFC的溫度進(jìn)行控制，運(yùn)用T-S模糊建模方法把非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成線性時(shí)變系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了模糊預(yù)測(cè)控制在PEMFC的溫度控制系統(tǒng)中可以較好的滿足系統(tǒng)的控制要求，證實(shí)了該算法的有效性。

陳雪蘭[14]從機(jī)理出發(fā)推導(dǎo)建立了電堆電壓的半經(jīng)驗(yàn)的穩(wěn)態(tài)模型。考慮燃料電池空氣進(jìn)氣系統(tǒng)的非線性和約束，提出了基于線性變參數(shù)模型的預(yù)測(cè)控制(LPV-MPC)算法。針對(duì)狀態(tài)不可測(cè)問(wèn)題，在LPV-MPC算法中加入Kalman濾波，并通過(guò)可觀性分析確定了需要測(cè)量的變量。通過(guò)與線性MPC和基于機(jī)理模型的非線性預(yù)測(cè)控制(NMPC)對(duì)比，驗(yàn)證了在燃料電池負(fù)載大范圍變化時(shí)該算法的有效性和可行性。

簡(jiǎn)棄非[15]等針對(duì)一輛小型燃料電池電動(dòng)車的2kW質(zhì)子交換膜燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)，利用遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立其電壓輸出特性模型，將PEMFC部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電堆電壓輸出特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的輸出電壓與實(shí)測(cè)輸出電壓之間的最大相對(duì)誤差均保持在4%之內(nèi)。

Costa Lopes F D[16]等為了實(shí)現(xiàn)燃料電池最大效率運(yùn)行，設(shè)計(jì)了一種預(yù)測(cè)電壓控制器，采用了非線性自回歸與外部輸入和非線性輸出誤差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)識(shí)別建模方法，獲得面向預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的PEMFC堆棧的黑盒模型，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明所設(shè)計(jì)的控制器能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電壓，并且可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。

3.4自適應(yīng)控制

自適應(yīng)控制與常規(guī)的反饋控制和最優(yōu)控制區(qū)別在于自適應(yīng)控制依據(jù)的先驗(yàn)知識(shí)比較少，而是依據(jù)從系統(tǒng)運(yùn)行中提取出的不斷更新的數(shù)據(jù)。

呂學(xué)勤[17]等針對(duì)PEMFC的時(shí)變、非線性及不確定性導(dǎo)致其輸出動(dòng)態(tài)特性難以控制的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了以PEMFC系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為預(yù)測(cè)模型具有實(shí)時(shí)控制的自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制器。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制器具有較強(qiáng)的魯棒性,較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力,控制精度高,并具有自適應(yīng)能力,對(duì)PEMFC的輸出動(dòng)態(tài)特性的穩(wěn)定性具有較好的控制效果。

L Xueqin[18]等考慮PEMFC的輸出電壓經(jīng)常受時(shí)變性能、非線性性能和不確定性的影響。導(dǎo)致其動(dòng)態(tài)輸出無(wú)法控制。設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制的控制器。在控制過(guò)程中，通過(guò)將負(fù)反饋控制引入自適應(yīng)模型和預(yù)測(cè)控制的前端，提高系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。仿真結(jié)果表明，自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制器具有適應(yīng)能力強(qiáng)，魯棒性強(qiáng)，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，控制精度高，對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池輸出特性的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性具有完美的控制作用。

M Karimi[19]等針對(duì)PEMFC的模型不確定的非線性和因變量問(wèn)題，采用了自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)對(duì)PEMFC堆棧的動(dòng)態(tài)電壓進(jìn)行建模，經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，結(jié)果表明，自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的輸出與實(shí)際工廠以及物理模型之間達(dá)到很好的一致性，該模型可用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。

3.5滑?？刂?/p>

滑?？刂凭哂袕?qiáng)魯棒性，響應(yīng)速度快、對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型精度要求不高，對(duì)參數(shù)攝動(dòng)及外部擾動(dòng)不敏感，易于實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

SM Rakhtala[20]設(shè)計(jì)了一個(gè)高階滑模觀測(cè)器，用來(lái)提供不可測(cè)狀態(tài)下的過(guò)氧比，通過(guò)應(yīng)用二階滑模通過(guò)超扭轉(zhuǎn)和次優(yōu)控制器來(lái)控制質(zhì)子交換膜燃料電池的呼吸。結(jié)果驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的控制器有較好的跟蹤性能。

Z Baroud[21]等提出了一種質(zhì)子交換膜燃料電池空氣供應(yīng)子系統(tǒng)的滑?？刂破?，以便在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)調(diào)節(jié)和補(bǔ)充燃料電池陰極消耗的氧氣量。根據(jù)電堆電流，通過(guò)氧過(guò)比穩(wěn)態(tài)分析得到空氣流量的參考值。為了確保系統(tǒng)工作在過(guò)氧比的參考值，提出了滑模控制通過(guò)調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)電壓控制空氣流量。仿真結(jié)果表明該控制方法有較好的抗干擾性動(dòng)和抑制不確定性。

A．Pilloni[22]等注意到氧氣過(guò)量比不應(yīng)簡(jiǎn)單地控制在2，并基于觀測(cè)器輸出反饋控制，提出一種滑?？刂品椒▉?lái)獲取一個(gè)合適的氧氣過(guò)量比常數(shù)，然而這個(gè)常數(shù)并非燃料電池系統(tǒng)凈功率最高對(duì)應(yīng)的值，因?yàn)樗麤](méi)有考慮空氣壓縮機(jī)等附屬設(shè)備的耗能。

S Laghrouche[23]等提出了高分子電解質(zhì)膜燃料電池供氣系統(tǒng)的基于Lyapunov的魯棒和自適應(yīng)高階滑模(HOSM)控制器，這是一種具有有界不確定性的非線性單輸入單輸出系統(tǒng)。首次提出了一個(gè)以Lyapunov為基礎(chǔ)比較完整的適應(yīng)性任意的高階滑?？刂?。通過(guò)比較證明該控制器有較好的性能。

3.6魯棒控制

魯棒性是指控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)在一定范圍內(nèi)發(fā)生攝動(dòng)，仍能滿足某些性能指標(biāo)。近年來(lái)設(shè)計(jì)魯棒控制器成為國(guó)內(nèi)外科研人員研究課題。Wang F C[24]等設(shè)計(jì)了質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的魯棒控制器，旨在將同一控制器用在不同模型中。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，所設(shè)計(jì)的魯棒控制器可以直接在不同的PEMFC模塊上實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以將氫效率提高1.4％，并將PEMFC電壓的均方根誤差降低約93％，實(shí)現(xiàn)了在工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)線上對(duì)所有PEMFC模塊應(yīng)用一般控制器。

Yang B[25]等期望以最佳氧過(guò)量比實(shí)現(xiàn)期望的凈輸出功率的精確跟蹤，提出了一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池輸出功率跟蹤問(wèn)題的級(jí)聯(lián)控制器，該控制器由多輸入多輸出魯棒非線性非交互（RNNI）控制器和非線性擾動(dòng)解耦結(jié)構(gòu)組成的控制結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明，通過(guò)兩個(gè)性能指標(biāo)良好的解耦可以獲得良好的跟蹤性能，此外，可以通過(guò)非線性補(bǔ)償器抵消參數(shù)不確定性的影響。

A Mohammadi[26]等針對(duì)PEMFC模型動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢以及模型復(fù)雜問(wèn)題提出了一種基于信號(hào)的PEMFC魯棒模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與不同種車型進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證改模型的可靠性同時(shí)具備很好的魯棒性。

3.7模糊控制

模糊控制屬于智能控制,實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制。模糊控制最主要特點(diǎn)之一是將系統(tǒng)化理論與實(shí)際應(yīng)用背景相結(jié)合。鄭維[27]等在換熱器的控制中引入模糊控制,并運(yùn)用Matlab模糊邏輯工具箱對(duì)模糊推理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)用Simulink設(shè)計(jì)模糊PID控制器,并進(jìn)行仿真,得出引入模糊控制后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。結(jié)果表明模糊PID控制與傳統(tǒng)PID控制相比,超調(diào)更小,精度更高,穩(wěn)定速度更快,可以達(dá)到預(yù)期的恒溫輸出,可以有效提高換熱率,減少能量損失。

胡鵬[28]等建立了基于控制的PEMFC的溫度機(jī)理動(dòng)態(tài)模型，并根據(jù)所建立的溫度模型和控制經(jīng)驗(yàn)規(guī)則設(shè)計(jì)帶積分環(huán)節(jié)的PEMFC溫度二維增量模糊控制器。結(jié)果證明該模型能模擬PEMFC的動(dòng)態(tài)特性,并且當(dāng)PEMFC溫度控制在理想工作范圍內(nèi),所設(shè)計(jì)的控制器可用于對(duì)PEMFC進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)控制，具有較強(qiáng)的魯棒性。

Li[29]等提出了模糊滑?？刂破骺刂芇EMFC堆棧的供氣流量，該控制器具有良好魯棒性，模糊滑?？刂破魇窃趥鹘y(tǒng)的滑?？刂破髦星度肓艘粋€(gè)模糊邏輯推理機(jī)制，產(chǎn)生了一個(gè)平滑控制。結(jié)果表明，該模糊滑膜控制器消除了傳統(tǒng)滑膜控制器的抖動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)比較證明模糊滑膜控制器很好的提高了PEMFC控制性能。

樊立萍[30]等，建立了質(zhì)子交換膜燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型，針對(duì)恒功率燃料電池設(shè)計(jì)了自適應(yīng)模糊控制器。實(shí)驗(yàn)證明，所設(shè)計(jì)的控制器可以實(shí)現(xiàn)PEMFC恒功率輸出。

4結(jié)論

本文介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)，分析了影響性能幾點(diǎn)重要因素，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用的控制策略進(jìn)行綜述。當(dāng)前PEMFC的控制方法基本都是針對(duì)影響PEMFC性能的單方面因素進(jìn)行研究，雖然能達(dá)到相應(yīng)的控制效果，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程通常假設(shè)其他因素恒定或者進(jìn)行了理想化假設(shè)，而忽略了變量間的相互耦合關(guān)系，所以，今后設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)考慮多種因素對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。

同時(shí)大多數(shù)學(xué)者對(duì)PEMFC的研究都是針對(duì)連續(xù)系統(tǒng)模型進(jìn)行控制，很少考慮離散系統(tǒng)，以及后期信號(hào)采集問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)ζ湫枨笕找嬖黾樱瑢?shí)現(xiàn)PEMFC數(shù)字化控制將成為今后研究的一個(gè)熱點(diǎn)，因此，有效解決快速采樣時(shí)的PEMFC數(shù)字化控制問(wèn)題將是今后研究的一個(gè)方向。