燃料電池發(fā)動機(jī)控制問題研究——?dú)怏w壓力控制.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是具有革命意義的新一代能源，近年來興起的燃料電池汽車以其節(jié)能、清潔的優(yōu)點(diǎn)代表了新一代汽車的發(fā)展方向。因此大力開發(fā)各種功率級別的安全、可靠的燃料電池系統(tǒng)成為了關(guān)鍵問題。 由同濟(jì)大學(xué)等機(jī)構(gòu)研制的“超越”系列燃料電池轎車已經(jīng)獲得了階段性的成果，但由于其燃料電池系統(tǒng)的燃料和空氣是在低壓(常壓)狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)的，這造成燃料電池電堆的功率密度不高、響應(yīng)速度不快以及加濕困難等問題，從而影響了燃料電池發(fā)動機(jī)的最大

2、輸出功率以及響應(yīng)速度等動力性能。而高壓燃料電池系統(tǒng)在解決這些問題上有著明顯優(yōu)勢，由此引發(fā)了本文對高壓燃料電池系統(tǒng)的研究。由于高、低壓系統(tǒng)在控制要求上的主要不同在于：低壓系統(tǒng)對反應(yīng)氣體的壓力控制要求很低，而高壓系統(tǒng)則有較嚴(yán)格的要求，因此本文圍繞高壓系統(tǒng)的氣體壓力控制以及與之相關(guān)的問題做了重點(diǎn)研究。 本文首先介紹了燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池以及燃料電池發(fā)動機(jī)的基本工作原理，描述了高、低壓燃料電池發(fā)動機(jī)輔助系統(tǒng)的組成，并簡要說明了它

3、們之間的不同。 其次通過對燃料電池極化現(xiàn)象的研究和對MK902電堆的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析建立了燃料電池電堆的輸出特性模型，并在此模型基礎(chǔ)上分析了工作壓力的選擇對燃料電池發(fā)動機(jī)性能的影響。 本文接著根據(jù)流體力學(xué)和熱力學(xué)等理論建立了高壓燃料電池發(fā)動機(jī)中空氣供應(yīng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，其中包括壓縮機(jī)、供氣管道、陰極流場以及背壓閥等，為研究高壓燃料電池系統(tǒng)中空氣壓力的控制奠定了基礎(chǔ)。 然后進(jìn)行了燃料電池發(fā)動機(jī)的控制策略分析。從燃料電池發(fā)