水冷型PEMFC熱管理系統(tǒng)建模與控制研究.pdf

1、由于社會(huì)發(fā)展對(duì)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(tái)，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(dòng)快、低噪音等優(yōu)勢(shì)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(gè)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(duì)反應(yīng)發(fā)生時(shí)的催化劑活性、物質(zhì)傳輸?shù)榷加泻艽蟮挠绊憽：侠淼?/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(huì)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(duì)于推動(dòng)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(diǎn)介紹國(guó)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的極化特性可靠，分析溫度對(duì)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(yàn)證其溫度和流量響應(yīng)與實(shí)驗(yàn)一致的前提下，研究熱管理控制變量對(duì)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(duì)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(shí)保留了氣水壓差控制解耦、快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)