Fuel Cell System Control

Fuel Cell 2006(pdf)

質子交換膜燃料電池(PEM fuel cell)系統模擬、識別與控制：

　　執行中山科學研究院委託計畫「通訊用燃料電池系統研究」(2004, 2005) ，研發以系統識別、適應控制與強韌控制策略，調整氫氣與空氣流量，達到輸出電流和電壓穩定，以節約氫氣使用量、追蹤電流和電壓暫態命令為目標，此關鍵技術可用在通訊設備、輕型電動車輛及家用電器設施上。

創新應用技術突破說明:

背景: 全球能源短缺問題嚴重，需要替代能源技術，燃料電池為低污染電源。

動機: 質子交換膜燃料電池系統適合電動車輛使用之能源，如何以系統控制，達到節約氫氣
　　　　使用量、追蹤電流和電壓暫態命令為目標。

技術突破:

1. 由於無法以簡單的微分方程式，建出質子交換膜燃料電池可設計控制器的動態模型；使用系統識別技術，以多輸入多輸出時變轉移函數描述系統動態特性。
2. 以適應控制與強韌控制策略，使氫氣使用量降低80%，同時在燃料電池不同電流負載下，使燃料電池輸出電壓穩定輸出，使後端整流器(DC-DC converter)或變頻器(DC-AC inverter)設備簡化，並提高效率。

簡述國內外相關研究成果之比較:

　　國內外在質子交換膜燃料電池的控制研究方面，大多著重在周邊次系統的控制，如空氣壓縮機、輸出功率等，對於燃料電池堆氫氣能源管制、輸出電壓與電流，卻缺乏有效控制，原因是燃料電池堆的電化學與熱流性質複雜，屬於非線性時變系統(nonlinear time-varying system)，傳統控制無能為力，申請人提出系統識別、適應控制與強韌控制策略，調整氫氣與空氣流量，達到輸出電流和電壓穩定，以節約氫氣使用量、追蹤電流和電壓暫態命令為目標。本研究團隊在2006年美國機械工程協會舉辦的國際會議(ASME 4th International Conference on Fuel Cell Science Engineering and Technology, Irvine, CA, 2006) 中發表國際首篇創新以系統識別及適應控制為主的燃料電池控制策略，獲得在場學者熱烈迴響與討論。2007、2008年論文榮登Journal of Power Sources，並再次受邀出席多次國際會議，發表多輸入多輸出質子交換膜燃料電池的適應控制新成果。