水冷型PEMFC熱管理系統(tǒng)建模與控制研究.pdf

1、由于社會發(fā)展對于能源供應(yīng)與環(huán)境保護(hù)的必要性，燃料電池作為兼顧二者需求的綠色能源走向世界舞臺，質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)較其他燃料電池，具有工作溫度低、啟動快、低噪音等優(yōu)勢而頗具潛力。由于燃料電池發(fā)電本質(zhì)為電化學(xué)反應(yīng)，其輸出性能、使用壽命受到多個運(yùn)行參數(shù)共同影響，如溫度、氣體流量、氣體濕度、背壓等，其中溫度對反應(yīng)發(fā)生時的催化劑活性、物質(zhì)傳輸?shù)榷加泻艽蟮挠绊?。合理?/p>

2、熱管理不僅能提高電堆的發(fā)電效率，維持燃料電池狀態(tài)健康，而溫度管理不當(dāng)則會造成性能降低，電堆失效，甚至引發(fā)安全事故。因此，研究水冷型PEMFC熱管理對于推動燃料電池商業(yè)化發(fā)展有著重要的意義。
　　本文以PEMFC的溫度特性、熱管理模型、控制策略及方法為切入點介紹國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用三方面介紹燃料電池，基于燃料電池內(nèi)部的活化、歐姆、濃差極化過電壓建立燃料電池電壓模型，并以實驗數(shù)據(jù)驗證模型的極化特性可靠，分析溫度對于燃料電

3、池電壓的影響。根據(jù)燃料電池電堆內(nèi)部能量守恒建立水冷型PEMFC熱管理系統(tǒng)模型，在驗證其溫度和流量響應(yīng)與實驗一致的前提下，研究熱管理控制變量對于燃料電池的溫度、輸出及熱管理功耗影響。
　　其次，基于熱管理系統(tǒng)的控制要求，針對以恒定冷卻水出入口溫度與恒定氣水壓差值控制冷卻水流量的不足，在分析了不同電流下氣水壓差值與溫差的關(guān)系后提出使出口溫度可控的變氣水壓差值控制策略，不僅滿足溫度、壓力的約束，同時保留了氣水壓差控制解耦、快速響應(yīng)的優(yōu)點