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扬州大学曹松银获国家专利权

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龙图腾网获悉扬州大学申请的专利一种质子交换膜燃料电池的阴极控制器设计方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116613354B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-04发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310590701.4,技术领域涉及:H01M8/04298;该发明授权一种质子交换膜燃料电池的阴极控制器设计方法是由曹松银;王志翔;郭晓宇;裔扬;方宇设计研发完成,并于2023-05-24向国家知识产权局提交的专利申请。

一种质子交换膜燃料电池的阴极控制器设计方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种质子交换膜燃料电池的阴极控制器设计方法,包括:步骤1)根据质子交换膜燃料电池的阴极系统的气体动力学方程、空压机角速度方程,结合传感器时延造成的空压机角速度、气体气压时滞信号以及环境参数的不确定性变化,建立阴极时滞系统模型;步骤2)针对质子交换膜燃料电池的阴极时滞系统,设计干扰观测器对空压机中电机转子不平衡干扰进行估计,并设计结合鲁棒控制性能的状态反馈控制器完成时滞系统的控制器设计;步骤3)基于凸优化算法来求解所设计的状态反馈控制器与干扰观测器的增益矩阵,本发明解决了质子交换膜燃料电池阴极系统时滞现象以及多源干扰的问题,有效提高了控制系统的抗干扰能力。

本发明授权一种质子交换膜燃料电池的阴极控制器设计方法在权利要求书中公布了:1.一种质子交换膜燃料电池的阴极控制器设计方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1通过系统中气体压强的变化来描述质子交换膜燃料电池阴极系统的数学模型,根据质子交换膜燃料电池的阴极系统的组成,建立空压机角速度、供气歧管、阴极流场、返回歧管以及背压阀中的气体动力学方程,结合传感器时延造成的空压机角速度、气体气压时滞信号以及环境参数的不确定性的变化,建立含有多源干扰的质子交换膜燃料电池阴极时滞系统模型; 步骤2基于步骤1质子交换膜燃料电池阴极时滞系统模型,设计干扰观测器对空压机中电机转子不平衡干扰进行估计,并设计结合鲁棒控制性能的状态反馈控制器完成时滞系统的控制器设计; 步骤3基于凸优化算法来求解所设计的状态反馈控制器与干扰观测器的增益矩阵; 步骤1中所述空压机角速度、供气歧管、阴极流场、返回歧管的气体动力学方程为: 式中,psm为供气歧管的气压;pca为阴极流场的气压;prm为返回歧管的气压;psatTst为电堆温度下的饱和气压;R为气体常数;Rcm为空压机电机内阻;Tatm为大气标准温度;Trm为返回歧管温度;Tst为电堆温度;Vsm为供气歧管体积;Vca为阴极流场体积;Vrm为返回歧管的体积;Wcp为空压机输出流量;vcm为空压机驱动电压;γ为气体常数;κ为气体拟合平均常数;ksm,out为供气歧管出口常数;kca,out为阴极流场出口常数;kt、kv为电机常数;n为燃料电池的电堆数;Ist为电堆电流;为氧气的摩尔质量;为氮气的摩尔质量;Ma为混合气体的摩尔质量;F为法拉第常数;θ为背压阀开度;ωcp为空压机角速度;ωatm为标准湿度比;Jcp为空压机转动惯量;Cp为空气恒压比热容;Cd为返回歧管背压阀系数;ηcp为空压机效率;ηcm为空压机电机效率;AT为背压阀区域面积; 取各气体气压psm、pca、prm以及空压机角速度ωcp构成状态向量xt=[ωcppsmpcaprm]T,电堆电流干扰向量d2t=Ist,系统输入向量ut=vcm;考虑空压机角速度ωcp以及供气歧管压力psm的时滞现象以及系统的建模误差,所建立的质子交换膜阴极时滞系统如下: 式中:xt为系统状态方程的状态变量,d2t为系统电堆电流干扰,xt-τ=[ωcpt-τpsmt-τ]T为系统的时滞状态变量,yt=[ωcppsmpcaprm]T为系统的输出变量,τ为时滞时间长度;A1、A2、B、D1、C1和fxt,xt-τ矩阵如下所示: ΔA1t、ΔA2t为环境参数的时变函数矩阵,矩阵形式如下: d1t为空压机电机转子不平衡干扰,由以下外源系统描述: 式中,rt∈R2×1为外源系统的状态变量,W∈R2×2、V∈R1×2分别表示外源系统的系统阵和输出阵; 控制目标氧气化学计量比的定义如下: 系统的整体控制目标是为了使期望的氧气化学计量比为了简化系统控制目标的设计,定义期望输出如下: C2、D2矩阵如下所示: D2=2。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人扬州大学,其通讯地址为:225009 江苏省扬州市大学南路88号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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