2025年《氢燃料电池发动机冷却系统建模分析及控制策略研究》范文.pdfVIP

穷则独善其身，达则兼善天下。——《孟子》

《氢燃料电池发动机冷却系统建模分析及控制策略研究》

篇一

一、引言

随着现代汽车工业的飞速发展，新能源汽车特别是以氢燃料

电池作为动力源的汽车逐渐成为研究的热点。其中，氢燃料电池

发动机的冷却系统是确保其高效稳定运行的关键部分。本文旨在

通过对氢燃料电池发动机冷却系统进行建模分析，并深入研究其

控制策略，以期为优化冷却系统设计提供理论基础和实践指导。

二、氢燃料电池发动机冷却系统建模

（一）系统结构概述

氢燃料电池发动机的冷却系统主要由散热器、水泵、温度传

感器、冷却液等组成。其中，散热器负责将发动机产生的热量传

递给外界空气；水泵则负责驱动冷却液在系统中循环；温度传感

器则用于实时监测发动机及冷却系统的温度。

（二）建模方法及步骤

建模过程中，我们采用物理原理和数学方法相结合的方式，

首先确定系统各组成部分的物理特性及相互关系，然后建立数学

模型。具体步骤包括：确定系统输入输出关系、建立微分方程或

差分方程、设定初始条件和边界条件等。

（三）模型验证及分析

勿以恶小而为之，勿以善小而不为。——刘备

模型建立后，我们通过实验数据对模型进行验证。通过对比

实验数据与模型输出，分析模型的准确性和可靠性。同时，我们

还对模型进行参数敏感性分析，以了解各参数对系统性能的影响

程度。

三、控制策略研究

（一）控制策略概述

针对氢燃料电池发动机冷却系统的控制策略，我们主要研究

的是基于模型的预测控制、模糊控制及PID控制等。这些控制策

略旨在实现对冷却系统温度的精确控制，以确保发动机在高负荷

和不同环境温度下都能保持稳定运行。

（二）预测控制策略

预测控制策略基于系统模型，通过预测未来时刻的系统状态，

提前调整控制输入，以实现更好的控制效果。在氢燃料电池发动

机冷却系统中，我们采用基于模型的预测控制策略，根据当前温

度和预测的温度变化，调整水泵的转速和散热器的风扇转速，以

实现精确的温度控制。

（三）模糊控制策略

模糊控制策略是一种基于规则的控制方法，适用于具有非线

性、时变和不确定性的系统。在氢燃料电池发动机冷却系统中，

我们采用模糊控制策略来处理温度传感器可能存在的误差和干扰。

通过设定模糊规则和隶属度函数，实现对冷却系统温度的精确控

制。

（四）PID控制策略

百学须先立志。——朱熹

PID控制策略是一种广泛应用于工业控制的经典控制策略。

在氢燃料电池发动机冷却系统中，我们采用PID控制策略来调整

水泵和散热器的风扇转速，以实现对冷却液流速和散热器风扇转

速的精确控制，从而实现对发动机温度的精确控制。

四、结论

通过对氢燃料电池发动机冷却系统进行建模分析及控制策略

研究，我们发现：建立准确的数学模型是进行控制系统设计的基

础；预测控制、模糊控制和PID控制等策略在氢燃料电池发动机

冷却系统中都具有重要的应用价值；通过对冷却系统进行精确的

控制，可以有效提高氢燃料电池发动机的性能和寿命。

五、展望

未来，我们将继续深入研究氢燃料电池发动机的冷却系统，

优化控制策略，提高系统的性能和可靠性。同时，我们还将探索

新的建模方法和控制策略，以适应不同工况和不同需求下的氢燃

料电池发动机的冷却系统设计。我们相信，随着科技的不断发展，

氢燃料电池汽车将成为未来交通领域