堆10的材料结构，缩短PEFMC的使用寿命，因此，本发明还通过 旁路阀40控制进行热交换的冷却水流量，达到控制入口温度1\的目的。
[0039] 为简化分析，本发明将PEMFC看为一个整体结构，根据能量守恒定律，PEMFC中 的电化学反应产生的总功率
输入/输出气体热流动率
负载电功率 Pst、PEMFC电堆10表面环境热损失率
和冷却水散热流动率
维持动态平衡，得出式 (1)：
[0041] 式中：!1^为PEMFC电堆10的质量，C _为PEMFC电堆10出口冷却水的比热容。
[0042] 式（1)中的各功率存在不同的表示方式，具体为：
[0043] 电化学反应产生的总功率
表不为：
[0045] 式中：
（PEMFC电堆10的）阳极氢气反应的摩尔流量，Λ H为氢气燃 烧焓变。
[0046] 气体输入热流动率
[0047]
[0048] 上式中H2为阳极流入氢气摩尔流量
为阳极流入水份摩尔流量，
为阴极流入空气摩尔流量，为阴极流入水份摩尔流量，cA为氢气比热，
为水 蒸气比热，Ti为阳极入口气体温度，巧为阴极入口气体温度，T。为基准温度。
[0049] 气体输出热流动率
[0051] 上式中
为阳极流出氢气摩尔流量，
为阳极流出水份摩尔流量， 为阴极流出氧气摩尔流量，
为阴极流出氧气摩尔流量，
为阴极流入水份摩尔 流量，
'为阴极生产水份摩尔流量：
为氧气比热，为氮气比热，
为液态 水比热。
[0052] 由于所述PEMFC由多块单电池组成，空间上各点温度不一，通过循环冷却水对 PEMFC散热后，可视冷却水输出温度为PEMFC电堆10的温度，且冷却水进出温差不要太大， 则冷却水带走的热量流动率.
：
[0054] 式中：W。# PEMFC电堆10出口端的冷却水的流量，Cp, H:〇为PEMFC电堆10出口 端的冷却水的比热容，Tst为PEMFC电堆10出口端的冷却水的温度（也即是PEMFC电堆10 的温度），T=为热交换器50的入口端冷却水的温度。
[0055] PEMFC电堆10环境热损失率
为环境温差与热阻之比。
[0057] 式中=Tanb为环境温度（即大气温度），R ,为PEMFC电堆10的热阻。
[0058] 冷却水箱20用于储存一定量的冷却水，并将循环通路内的空气排除。由于冷却水 箱20具有较大热滞后效应，采用温度随时间变化的微分方程表示其动态特性：
[0060] 其中，T2为冷却水箱20的温度，m "为冷却水箱20的质量，c 为冷却水箱20的 比热，1^"为包含冷却水箱20、热交换器50和水管的整体自然对流热传递系数。
[0061] 由于水栗30给冷却水提供循环动力，可以通过调节水栗30的电压达到控制冷却 水流量的目的。即：循环冷却水流量越快，带走的热量也愈多。基于水栗30的电机电枢电 压I1 (0-48V)、电机电枢电流U和电机角速度ω ^之间的基本关系建立了其动态模型。
[0064] 其中，1为水栗电机电枢电压，L 为电机电枢电感，R。:为电机电枢等效电阻，k ti 为电机力矩常数，L为瞬时惯量，Mnrot为电机力矩，Mf"。为摩擦力矩，kfy为摩擦系数。惯 性系数和摩擦系数不仅包括机械惯性和摩擦，而且包含冷水的惯性量及其与管道壁的摩擦 量。
[0065] 通过调节旁路阀40开度可以控制输入PEMFC电堆10的冷却水温度。为简化分析， 假设旁路阀40为线性的，因此PEMFC电堆10输入冷却水的温度1\可以表示为冷却水箱温 度T 2、热交换器50出口温度T3和旁路阀开度k的函数形式。
[0067] 较佳的，本发明采用液-液型的热交换器移除循环冷却水的热量，即通过冷水和 热水的对流达到降温的目的。因此，需要对热交换进行建模分析来获取热交换器50出口的 水温。对流类型的热交换器50的效率ε可表示如下：
[0069] 上式中NTU为热交换器50的传递单元数，Cr为容量比率，其具体表示如下：
[0071] 其中，C_为热容比率最低值，Cniax为热容比率最高值，W。:为冷却水流量，c ^为 冷却水比热容，Wav为热交换器散热物流量，c 为热交换器散热物比热容，只要c < cPiJ^w，ε和^可近似为如下线性函数：
[0072] ε = ￡〇-kxffcl (13)
[0073] kx为热交换器50的效率流量系数，当式（12)中的C R趋于零时，ε。为常数，取决 于热交换器50的类型。
[0075] 通常，热交换器散热物流量Wew快于循环冷却水流量W el，因此热交换器50的效率 能用线性函数表示，热交换器输出温度1~3能表示为热交换器散热物温度?和冷却水温度 T2的函数
[0077] 其中ε是热交换器效率，取决于冷却水的流量
[0078] 如图2所示，由于PEMFC是一个多输入多输出非线性系统，许多因素会影响到其温 度特性，例如输入气体的流量、温度、压力、环境和外部负载等。当外部负载变化时，输入气 体的流量也随之改变，同时系统产生的电能和热能也变化。因此，为保持PEMFC电堆10温 度稳定在70°C，本发明采用带积分环节的二维增量模糊控制器61，根据温度误差（具体为 PEMFC电堆10的设定温度与实际温度之间的温度差）和温度误差变化率实时调节冷却水流 量，克服外部负载变化所带来的扰动，并且消除系统的温度静态误差；同时为保持PEMFC电 堆10进出的适度温差，通过旁路阀40控制进行热交换的冷却水流量，达到控制入口温度为 63°C，优选的，本发明选用一维增量模糊控制器62调节旁路阀开度。换句话说，本发明采用 带积分的一维和二维增量模糊控制器62、61分别控制旁路阀开度和循环冷却水流量，达到 精确控温的目的。
[0079] 如图3a和图3b所示，模糊控制器的控制过程为：
[0080] 模糊控制器输入包括两个，一个是PEMFC电堆10设定温度实际输出温度T 之间的误差：e = Iref-T,另一个是温度误差变化率：Δ e = de/dt。
[0081] 通过数字采样实时获取精确的温度误差e和误差变化率Λ e，将这两个精确值模 糊化成模糊控制量；
[0082] 然后根据模糊规则进行模糊决策得到模糊控制量，进而通过加权平均法（重心 法）对其进行反模糊化，得到适合被控对象的精确控制量。
[0083] 具体地，当PEMFC电堆10的实际温度高于设定温度时，需要增加冷却水流量以便 带走更多的热量达到降温的目的；反之，则需要降低冷却水流量。
[0084] 上述模糊控制量由三部分组成，第一部分是上一采样时刻的控制量u (kts_ts)，第 二部分是积分环节增量U1 (kts)，第三部分是模糊控制器的输出增量△ u (kts)，其中f Λ为模 糊推理函数。
[0088] 式中&为量化因子，Ku为比例因子，K1为积分因子，则温度误差和温度误差变化率 为：
[0091] 对公式（16)取ζ变换得：
[0092]
[0093] 上式中第一项是积分环节输入，第二项是增量模糊控制器提供的增量输出，在z 域中，1Λ1-Ζ 4具有累加和的性质，相当于连续域中的积分，只有当系统误差e = 0时，模 糊控制量u才能停止变化，系统达到无静差控制。
[0094] 将输入输出量划分为7个模糊子集，即=A1= {NB(负大），匪（负中），NS(负 小），Z0 (零），PS (正小），PM(正中），PB