質(zhì)子交換膜燃料電池建模及動(dòng)態(tài)仿真.pdf

1、燃料電池是一種將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。燃料電池是公認(rèn)的高效、便捷、環(huán)境友好的能源裝置。燃料電池的種類很多，其中質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因其具有工作溫度低、啟動(dòng)快、能量密度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，使其在公共與民用建筑、軍事、國防等領(lǐng)域無論作為移動(dòng)電源還是分布式電站都具有廣闊的應(yīng)用前景。因而，通過建模仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及其主要影響因素，對于質(zhì)子交換膜燃料電池的推廣應(yīng)用具有重要的理論

2、意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文著眼于質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，在對系統(tǒng)進(jìn)行熱力學(xué)能量分析和火用分析的基礎(chǔ)上，分別建立了發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)能量分析模型和火用分析模型，并借助Matlab的Simulink工具建立了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型。通過實(shí)驗(yàn)分析與動(dòng)態(tài)仿真相結(jié)合的方法分析了系統(tǒng)在不同工作參數(shù)條件下的技術(shù)性能；研究了諸如溫度、氣體分壓和陽極流量等工作參數(shù)對極化曲線、凈電力產(chǎn)出、能效率和火用效率等系統(tǒng)技術(shù)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所提出的

3、仿真模型的結(jié)果是可靠的，所建立模型是有效的。本研究的主要成果：(1)在對質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)行電化學(xué)分析、熱力學(xué)分析的基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的電化學(xué)模型和熱力學(xué)模型，并借助Matlab和Simulink建立了針對質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，為研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能打下了基礎(chǔ)；(2)研究了電池的極化現(xiàn)象，得到了電池的電壓極化曲線。極化曲線表明活化電壓損失在系統(tǒng)啟動(dòng)初始時(shí)刻時(shí)起主要作用，并使電池電壓在初始時(shí)刻有一個(gè)驟降的過程。這一

4、主要影響會(huì)在電流密度達(dá)到0.10A/cm2時(shí)下降，而此時(shí)歐姆電壓損失和濃度差電壓損失會(huì)起主要作用；質(zhì)子交換膜燃料電池由于存在一些很高的不可逆損失，所以使得系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行電壓要比理論上的可逆電壓低一些；(3)研究了電流密度、氣體壓強(qiáng)、工作溫度等參數(shù)對質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)效率的影響，得到了相關(guān)的趨勢與數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果表明燃料電池技術(shù)性能會(huì)隨著系統(tǒng)壓強(qiáng)的增大和陽極流量的下降而提高。(4)采用多參數(shù)分析的方法，尋找出了溫度、壓強(qiáng)和陽極流量等工作