燃料电池汽车是新能源汽车战略的重要解决方案之一,笔者所在的课题组依托于2018年国家重点研发计划4.1项目的子课题“全功率燃料电池动力系统平台开发与优化”,重点解决大功率燃料电池系统在集成过程中的关键设计与控制问题。考虑到电堆的研发受制于关键材料以及相应的制造工艺很难在短期内有重大突破,因此从控制层面,通过分析特定电堆的输出特性,深度挖掘电堆的输出能力,在电堆单体数目不变的情况下提升其功率水平是实现大功率燃料电池系统集成的重要技术手段。本研究基于某款燃料电池电堆的输出特性,在燃料电池供给路系统的优化控制层面开展研究,主要研究内容如下:首先,从燃料电池电堆的输出特性层面,基于某款燃料电池电堆的基本设计参数,建立活化面积为255cm2、由370片组成的电堆输出电压仿真模型。针对输出电压仿真模型中与压力相关的非独立输入变量这一问题,通过对各组分流动行为的分析建立压力形成机理模型,将电堆模型与压力形成机理模型进行整合,实现电堆控制输入的独立化,并在此基础上,对电堆工作点分布与流量-压力特性进行仿真分析。其次,从燃料电池系统建模层面,为了进一步建立流场压力与供给路系统的联系,充分论述燃料电池供给路系统方案以及工作过程,在此基础上,在MATLAB/Simulink环境完成燃料电池供给路系统动态模型搭建,对其关键部件的特性进行建模仿真,将所建立的供给路系统关键部件模型与电堆模型进行集成。最后,从系统优化控制层面,分析供给路系统寄生功率与电堆输出功率的博弈过程,通过补偿进气压力进而优化输出能力,针对压力补偿过程中的流量-压力耦合强化问题,将自抗扰控制思想用于该耦合系统,设计流量-压力动态解耦控制器(Disturbance decoupling control,简写为DDC)以削弱流量-压力的耦合作用。为了验证控制优化效果,将控制策略模型与燃料电池电堆-供给路系统模型进行集成,搭建联合仿真平台,对控制优化效果进行仿真验证。