燃料电池发动机系统多场耦合模型分析与温度控制方法.pdf

第14卷第4期汽车工程学报Vol.14No.4

2024年7月ChineseJournalofAutomotiveEngineeringJuly2024

燃料电池发动机系统多场耦合模型分析与温度控制方法

朱丹，刘京奥，李媛，马建，赵轩

（长安大学，西安710064）

摘要：温度控制是实现燃料电池发动机快速响应、降低能耗与安全运行的保障，而电堆内部热量场与电化学场、流场

相互影响，其耦合特性是温度控制的关键。以某中型燃料电池卡车为研究对象，构建“热-电-流”多场耦合模型，通过

参数分析确立温度控制关键因素，设计模糊PID温度控制器，并通过多变工况验证控制效果。结果表明，通过所构建的

模型能全面分析温度控制关键参数，所提出的控制器能有效提高响应速度，降低散热风扇转速和输出电压超调量，在设

置的测试工况与NEDC工况下，温度的超调量分别降低了19.1%与1.64%。可为燃料电池发动机设计与控制提供基础，

进一步推动大功率燃料电池的车载应用。

关键词：燃料电池；多场耦合；温度控制策略；模糊PID控制

中图分类号：U469.72文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.2095‒1469.2024.04.08

AnalysisofMulti-FieldCouplingModelandTemperature

ControlMethodforFuelCellEngines

ZHUDan，LIUJingao，LIYuan，MAJian，ZHAOXuan

（Chang’anUniversity，Xi’an710064，China）

Abstract:Temperaturecontroliscrucialforachievingrapidresponse,reducingenergyconsumption,and

ensuringthesafeoperationoffuelcellengines.Thecouplingcharacteristicsoftheinternalthermalfield,

electrochemicalfield,andflowfieldarekeyfactorsintemperaturecontrol.Thisarticlefocusesonamedium-

sizedfuelcelltruck,constructinga“heat-electricity-flow”multi-fieldmodel.Itestablisheskeytemperature

controlfactorsthroughparameteranalysis,designsafuzzyPIDtemperaturecontroller,andverifiesthe

controleffectivenessundervariousoperatingconditions.Theresultsshowthattheconstructedmodelcan

comprehensivelyanalyzethekeyparametersoftemperaturecontrol.Theproposedcontrollereffectively

improvesresponsesp