首页|期刊导航|现代电子技术|基于最大功率搜索的PEMFC冷启动协同MPC优化研究

基于最大功率搜索的PEMFC冷启动协同MPC优化研究OA

Maximum power seeking based cooperative MPC optimization for PEMFC cold start

中文摘要英文摘要

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷启动过程中的优化控制问题,提出一种基于最大功率搜索协同模型预测控制(Pmax-MPC)的优化方法.在分析PEMFC冷启动过程的机理特性和现存挑战后,建立燃料电池单电池系统的数学模型并设计MPC控制器.通过模型预测控制(MPC)算法预测电池启动过程中电流与功率的关系曲线,并采用极值搜索算法从预测值中获取电池最大功率点,从而实现冷启动过程的最大功率优化控制.利用Matlab/Simulink软件搭建燃料电池系统的集总参数仿真模型,对控制策略进行验证.仿真结果表明,所提控制优化策略可将-10℃下燃料电池的自启动时间缩短24.5%,并使冷启动过程中电池内部最大冰体积分数不超过65%,在缩短燃料电池冷启动时间的同时有效抑制了冰体积分数的增长,可为PEMFC在低温环境下的快速启动提供新思路.

In allusion to the optimization control problems in the cold start process of proton exchange membrane fuel cells(PEMFC),a method of optimization based on maximum power search collaborative model predictive control(Pmax-MPC)is proposed.After analyzing the mechanism characteristics and existing challenges of PEMFC cold start process,a mathematical model of fuel cell single cell system is established,and an model predictive control(MPC)controller is designed.The MPC algorithm is used to predict the relationship curve between current and power during the battery start-up process.The extreme value search algorithm is used to obtain the maximum power point of the battery from the predicted value,achieving the maximum power optimization control during the cold start process.The Matlab/Simulink software is used to establish the lumped parameter simulation model of the fuel cell system,so as to validate the control strategy.The simulation results show that the proposed control optimization strategy can shorten the self-start time of fuel cells at-10℃by 24.5%,and can ensure that the maximum ice volume fraction inside the cell during cold start does not exceed 65%.While shortening the cold start time of fuel cells,it effectively suppresses the growth of ice integral number,providing a new idea for the rapid start of PEMFC in low-temperature environments.

邢玉茹;窦银科;王进;樊波;李伟荣

太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学 电气与动力工程学院 煤电清洁控制教育部重点实验室,山西 太原 030024

信息技术与安全科学

质子交换膜燃料电池冷启动模型预测控制优化策略极值搜索算法最大功率控制

proton exchange membrane fuel cellcold startmodel predictive controloptimization strategyextreme value seeking algorithmmaximum power control

《现代电子技术》 2026 (10)

56-62,7

山西省能源互联网研究院重大科研支撑专项:极地环境下零碳综合能源系统关键技术与示范应用(SXEI2024A001)国家自然科学基金区域创新联合基金重点项目:极地综合能源系统清洁低碳安全运行与协同控制理论和方法(U23A20649)

10.16652/j.issn.1004-373x.2026.10.009

评论