燃料電池輸出特性建模與實驗分析.pdf

1、能源緊缺與環(huán)境污染已成為人類社會亟待解決的兩大議題。質子交換膜燃料電池(PEMFC)及釩液流電池以能量轉換效率高、對環(huán)境友好等特點成為目前燃料電池領域備受青睞的兩類產品。但這兩類燃料電池也存在非線性、強耦合性及大滯后性等特點，對其大規(guī)模商業(yè)化造成了較大的阻礙，故十分有必要針對這兩類燃料電池的輸出特性開展深入研究，以期提高電池的性能，從而推動其商業(yè)化進程，使之能夠更好地助力人類社會發(fā)展。
　　本文首先介紹了PEMFC的結構及工作特點

2、，依據電化學熱力學和電極過程動力學原理對PEMFC的輸出特性展開了分析，從水-熱平衡管理的角度對PEMFC輸出性能的重要影響加以討論，并分析了釩液流電池的工作原理和特點。
　　對這兩類燃料電池進行建模與仿真分析，有利于后續(xù)對其輸出特性進行深入分析和控制策略優(yōu)化。本文以PEMFC的機理模型為基礎，建立了包含電壓輸出模型、熱力學模型以及氣體分壓模型的PEMFC單電池動態(tài)模型，并基于Matlab/Simulink平臺進行了負載階躍變化情

3、況下的動態(tài)特性仿真。依據釩液流電池的開路電壓模型、歐姆內阻模型與極化過電勢模型搭建了基于Matlab/Simulink平臺的釩液流單電池模型，進行了不同電解液流速下的穩(wěn)態(tài)特性仿真。
　　針對目前釩液流電池系統(tǒng)中用于驅動電解液流動的泵能耗過高的缺點，本文提出對釩液流電池進行脈動供液的控制策略，于不同脈動周期、流速下對釩液流電池進行恒流充放電實驗。通過對充放電曲線、泵的能耗、單電池能量效率與預估系統(tǒng)效率的分析，證明了該控制策略能在一定

4、程度上提高電池系統(tǒng)層面的效率。
　　本文采用實驗室自主開發(fā)的陰極開放式強制對流型PEMFC，通過SolidWorks軟件設計并3D打印了PEMFC的多流向空氣散熱系統(tǒng)，在不同側面開口寬度及不同風扇工作電壓下開展了多方向空氣流動對電池性能影響的實驗研究。通過對實驗結果的分析，證實了該散熱系統(tǒng)能夠顯著提高流過電池的空氣流速分布的均勻性，并且能夠一定程度上提高電池的輸出功率。在結尾處對本文的工作做出了總結，指出了考慮不周之處，并針對本論