5.3.1　氢燃料电池温度的PID控制方法

氢燃料电池温度对其寿命和性能有重要的影响，温度过高时，由于质子交换膜本身的材料属性，易发生质子交换膜脱水、收缩、皱折或破裂等现象，导致电池受损；温度过低时，会降低化学反应速率，使得氢燃料电池的输出性能达不到预期要求。因此，必须通过控制氢燃料电池系统的内部温度，使得其功率输出能稳在一定范围内，满足负载工作和安全运行的需求。

由于PID控制方法对不确定非线性系统的适应性较强，算法相对简单，便于工程实现，因此PID温度控制是氢燃料电池热管理常采用的控制方法，图5-26所示为氢燃料电池温度的PID控制原理示意图。

图5-26　氢燃料电池温度PID控制原理示意图

其中，Tref是燃料电池处于最佳运行状态的目标温度，Tst为燃料电池的实际温度，e为两者的控制偏差，其表达式为

式中，k p，k i，k d——比例环节系数、积分环节系数和微分环节系数。

PID控制器的比例环节通过引入比例系数，在实际温度与目标温度有偏差时直接进行比例放大控制；积分环节可以消除稳态误差，提高控制系统的准确度；微分环节可以加快控制反应速度，降低振荡。对于风冷质子交换膜氢燃料电池，PID控制器通过调整风扇驱动PWM波的占空比来改变风扇转速，从而实现散热调节。