氢燃料电池汽车空气供应系统建模与控制策略研究
摘要
氢燃料电池汽车作为实现碳中和目标的重要技术路径，其空气供应系统的动态响应直接影响电堆性能和系统效率。本文围绕质子交换膜燃料电池空气供应系统的建模与控制策略展开系统研究。首先分析了空气供应系统的物理构成与工作原理，随后基于质量守恒与能量守恒建立了包含空压机动态模型、阴极流道压力动态模型、供气歧管模型及电堆电压模型的四阶非线性控制导向模型。在此基础上，设计了PID控制、模糊自适应PID控制和滑模变结构控制三种过氧比跟踪控制策略。利用MATLAB/Simulink平台搭建完整的仿真系统，在不同负载工况下进行对比验证。仿真结果表明，滑模控制策略能够将过氧比调节时间缩短约1.5秒，在负载突变工况下系统净功率保持在17kW以上，控制效果显著优于传统PID控制和模糊PID控制，为燃料电池空气供应系统的工程应用提供了理论依据和技术参考。
关键词：质子交换膜燃料电池；空气供应系统；过氧比控制；滑模控制；MATLAB/Simulink仿真
1 引言
在全球应对气候变化和能源结构转型的背景下，氢能作为一种清洁、高效、可再生的二次能源，受到了各国政府和研究机构的广泛关注。氢燃料电池汽车凭借零排放、加氢快、续航长等优势，被认为是未来交通运输领域最具发展前景的解决方案之一。其中，质子交换膜燃料电池因其能量密度高、工作温度低、启动迅速等优点，已成为新能源汽车的核心动力技术。
在PEMFC系统中，空气供应系统承担着为电堆阴极输送压缩空气的核心任务，负责提供合适的流量、压力、温度和湿度等参数。空气供应系统的性能直接影响
