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龙图腾网恭喜哈尔滨工业大学申请的专利质子交换膜燃料电池空气供给系统的双闭环控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115295840B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-04-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202111394217.1，技术领域涉及：H01M8/04992；该发明授权质子交换膜燃料电池空气供给系统的双闭环控制方法是由刘健行;赵悦;匡冀源;林欣魄;刘壮;孙艺倬;徐睿琦;沈肖宁设计研发完成，并于2021-11-23向国家知识产权局提交的专利申请。

本质子交换膜燃料电池空气供给系统的双闭环控制方法在说明书摘要公布了：质子交换膜燃料电池空气供给系统的双闭环控制方法，属于燃料电池技术领域，本发明为解决现有燃料电池空气供给系统存在计算复杂、计算量大、效率低导致难以实时应用的问题。它包括：外环通过控制压缩机流量调节氧气供应量，使得空气供给系统的控制目标为：实际氧气过剩比能够跟踪当前状态最佳氧气过剩比：表示实际氧气过剩比，表示当前状态最佳氧气过剩比；所述外环的控制回路通过超螺旋算法，基于氧气过剩比误差产生参考压缩机流速；内环通过控制压缩机电流控制转矩，使得实际氧气供给量跟踪外环给定值；所述内环的控制回路通过预设时间收敛算法，根据外环给定参考压缩机流量控制实际转速。本发明用于燃料电池的空气供给系统。

本发明授权质子交换膜燃料电池空气供给系统的双闭环控制方法在权利要求书中公布了：1.质子交换膜燃料电池空气供给系统的双闭环控制方法，其特征在于，它包括：外环通过控制压缩机流量调节氧气供应量，使得空气供给系统的控制目标为：实际氧气过剩比能够跟踪当前状态最佳氧气过剩比：表示实际氧气过剩比，表示当前状态最佳氧气过剩比；所述外环的控制回路通过超螺旋算法，基于氧气过剩比误差产生参考压缩机流速；内环通过控制压缩机电流控制转矩，使得实际氧气供给量跟踪外环给定值；所述内环的控制回路通过预设时间收敛算法，根据外环给定参考压缩机流量控制实际转速；所述实际氧气过剩比为： 其中：表示氧气入口流速，表示氧气反应流速，k18和k19均表示常数；ζ，ζ:＝Ist为负载变化，即堆电流；psm表示供气歧管中的气压，所述供气歧管体积是压缩机和歧管之间管道的集总体积；χ表示阴极压力；获取所述空气供给系统的控制目标的具体方法包括：S1、根据燃料电池通用四阶模型建立燃料电池的空气供给系统，并在建立过程中加入空气供给系统中的水蒸汽分压；状态向量为： 其中，x1,x2,x3,x4,x5分别为中间参数，ωcp表示进气管道压缩机转速，psm表示供气歧管中的气压，表示氧气动态分压，表示氮气动态分压，Pv,ca表示水蒸气动态分压；S2、建立压缩机模型；压缩机质量流量Wcp是压缩机转速ωcp的函数，记为h2；另记：χ:＝pca＝x3+x4+x5；其中：pca定义为燃料电池阴极压力；S3、建立用于控制的非线性模型： 其中，u：＝iq是控制输入，函数表示阴极出口处流速；k1～k17均表示常数；可测量的输出量：输出电压h1＝Vst，压缩机流量h2＝Wcp，歧管气压psm；S4、功率优化等同于将氧气过剩比保持在当前状态最佳值则燃料电池空气供给系统的控制目标是：使实际氧气过剩比能够跟踪当前状态最佳氧气过剩比获取阴极压力χ的具体方法为：使用扩展状态观测器ESO获取；根据公式6获得： 其中，系统扰动为dt＝k8g1x2χ；令e1:＝x2且e2:＝dt，g1x2和χ都可微，且其中bt是系统扰动dt的变化率；则线性扩张状态观测器ESO表示为： 其中：R2表示由实数R构成的二维空间，α1和α2表示待设计的参数，且使极点位于左半平面；g2e1,h2＝g1e1h2-k8e1；扩张状态观测器ESO的误差为：且误差的动态特性表示为： g1x2是定义域内的有界可逆函数，由公式7中扰动的关系式可反推出阴极压力χ的估计值；外环控制回路的控制器为：氧气过剩比为： 外环滑模面为取滑模面σ1t的一阶导数： 其中，φ1和γ1表示设计参数，包含系统不确定性；采用超螺旋算法求解系统收敛所有的解，即外环给内环的压缩机流量目标值： 其中，φ10表示φ1中基于标称参数的函数已知部分，表示γ1中基于标称参数的函数已知部分，λ1和β1是待调节的参数，的实时数值采用Levant积分器得到；为防止给定值过度波动，外环的控制器后面添加线性一阶滤波器： 其中，μ表示一个可选择的常数，表示线性一阶滤波器的输出，是提供给控制回路的压缩机流量指令；所述内环控制回路的控制器为：内环的滑膜面为求得σ2t关于时间的一阶导数： 其中：ηυ-c表示容积效率，Vcprtr表示压缩机每转运送气体体积，ρa表示空气密度；使用反馈线化： 将式12代入式13，获得： 其中，d2t表示系统的不确定性，对于实际系统，有|d2t|＜K，K为常数；获得内环的控制器为： 常数ε＞1；v、vnom、vdis均表示中间变量；设定收敛时间为tf，获得滑膜面s为：s＝σ2t-σ20-∫vnomdτ；σ20表示σ2t的初值。

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