近日，机械与汽车工程学院教师魏恒在工程技术领域著名期刊《Fuel》(中科院二区TOP, IF 7.8)发表题为“Research on coordinated optimization and decoupling control of air flow and pressure for a 100-kW vehicular PEMFC system”的最新研究成果，安徽工程大学为论文第一署名单位。
针对车用质子交换膜燃料电池（PEMFC）空气供给系统电堆入口空气流量与阴极供应压力之间的强耦合问题，以及系统效率优化控制难题，研究团队提出了一种包含优化层与控制层的分层控制方案。首先，基于一个额定发电功率100千瓦的PEMFC台架实验数据建立了能够准确表征其阴极侧动态传质过程的高保真模型，其中核心部件空气压缩机采用数据驱动方法建模，半经验电压模型中的电化学参数通过模拟退火-粒子群优化混合算法辨识获得。在优化层，构建了描述该燃料电池系统效率的二维目标函数，并设计了多策略改进型蜣螂优化（MEDBO）算法，以获取在不同电流密度下使效率最大化的流量与压力参考值。优化结果表明，MEDBO将系统效率较台架标定实验提升了0.6%–5.2%，显著优于传统DBO算法。在控制层，提出了一种基于逆解耦的自抗扰控制（ID-ADRC）策略，用于实现流量-压力的有效解耦。验证结果表明，ID-ADRC的解耦性能优于PID与ID-PID控制，将耦合引起的空气流量与压力波动分别限制在2.4 g/s和0.94 kPa以内，同时对外部扰动表现出更强的鲁棒性。此外，CLTC-P行驶工况进一步验证了其有效的解耦性能，空气流量与压力控制的绝对误差分别保持在4.2 g/s和3 kPa以内。这项研究为车用PEMFC系统空气供应管理的优化和控制问题提供了新的思路。
该项研究为车用氢燃料电池系统空气供应管理的优化和控制问题提供了重要的理论支撑与技术支持。
图1 (a) 由优化层和控制层组成的分层控制方案整体框架; (b) MEDBO协调优化流程
图2 系统效率优化和解耦控制效果验证：(a) 电堆效率; (b) 附件功耗; (c)~(d) 系统效率及其优化率; (e) 空气质量流量解耦效果; (f) 阴极供应压力解耦效果; (g)~(h) 电堆温度和阴极入口相对湿度扰动; (i)~(j) 对外部干扰的鲁棒性
论文原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.141503