车用质子交换膜燃料电池系统建模

为实现车用质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统稳定可靠的运行,本文针对PEMFC的动态特性,结合PEMFC机理模型和辨识模型的建模原理,基于流体力学、热力学、传质学、电化学等理论,综合考虑整车电压输出、空气供应和增湿等相关子系统,建立了车用PEMFC系统混合动态模型。该模型既改善了系统机理模型复杂和参数冗多的问题,又解决了辨识模型实验数据量大、成本高的缺点。该研究具有一定的实际应用价值。     

车用PEM燃料电池建模及温度对性能影响研究

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell;PEMFC)是燃料电池中最常见的类型,也是最有希望在近年内完成技术积累,从而推向商业化的车用新能源动力系统之一。根据PEMFC的结构和工作原理,构建了PEMFC的数学模型和单电池系统仿真模型。研究了在293~353 K温度区间,温度逐渐升高,PEMFC的输出电压、活化过电压、欧姆过电压、浓差过电压、功率、效率等性能随温度变化的规律,并应用回归分析的方法,分析了输出电压、活化过电压、电池功率随温度变化的趋势,得到了令人满意的结果,为实验研究提供了理论和方法依据。     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFC)经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响.该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制.     

质子交换膜燃料电池温度场数值模拟

本文利用Comsol软件,对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的二维质子交换膜模型进行温度场数值模拟,结果表明,质子交换膜内部温度靠近阴极一侧高于阳极一侧且电池内部温度随工作电压的降低和电池孔隙率的增加而升高,这一结果对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的深入研究具有重要参考价值.     

基于MATLAB的质子交换膜燃料电池仿真实验系统

利用燃料电池的经验方程建立了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的一维稳态模型，进行了仿真和结果分析，仿真结果与实验数据吻合较好.利用VB(Visual Basic)编写人机交互界面作为前台用户程序，以MATLAB的SIMULINK在后台运行，发展了一种基于MATLAB和VB软件包的质子交换膜燃料电池特性参数仿真实验软件，并对PEMFC的工作温度、反应气压力等参数对其性能的影响进行了仿真分析，有助于进行燃料电池特性参数仿真实验以及对燃料电池的分析、设计和优化.     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真研究

发展了一种质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态建模和仿真的方法.通过对电池稳态经验模型的扩展,运用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了质子交换膜燃料电池动态仿真模型,研究了电堆的运行参数对电池输出性能的影响,仿真结果与实验数据吻合较好.该方法可以用于燃料电池的分析、优化设计以及电池系统的实时控制.     

质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,并研究了工作温度、反应气体工作压力以及质子交换膜面积变化对电池输出性能的影响。与此同时结合所建立的质子交换膜燃料电池模型设计了一款采用PID控制的Boost升压电路,将燃料电池输出不稳定的电压转变成可供给负载稳定使用的24V电压。     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电（proton exchange membrane fuel cells, PEMFC）经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMUEINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响．该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制．     

车用PEMFC发动机热管理系统设计与仿真分析

以100 kW车用PEMFC发动机系统为研究对象。首先,基于结构设计、原理分析和热管理性能要求,运用V模型设计了一套PEMFC发动机热管理系统;然后,通过热平衡计算完成对关键零部件的选型与性能匹配,并运用AMESim软件搭建系统一维仿真模型;最后,以零部件进出口温度和温差为评价指标对不同工况进行仿真分析和台架测试,通过对比分析验证设计的有效性。结果表明：峰值工况下冷却液出口温度达到极限值,其余工况下系统各部件均在正常工作温度范围内,同时模型仿真数据与台架测试数据相对误差均在5%以内,说明该系统满足设计要求且模型具有较高的可信度,可为车用PEMFC发动机热管理系统设计提供一定的指导。     

基于MATLAB的质子交换膜燃料电池仿真实验系统

利用燃料电池的经验方程建立了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的一维稳态模型，进行了仿真和结果分析，仿真结果与实验数据吻合较好．利用VB（Visual Basic）编写人机交互界面作为前台用户程序，以MATLAB的SIMULINK在后台运行，发展了一种基于MATLAB和VB软件包的质子交换膜燃料电池特性参数仿真实验软件，并对PEMFC的工作温度、反应气压力等参数对其性能的影响进行了仿真分析，有助于进行燃料电池特性参数仿真实验以及对燃料电池的分析、设计和优化．     

复杂流道质子交换膜燃料电池的三维数值分析

针对模拟复杂流道设计质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell ，PEMFC）的传热传质过程和电池电化学性能，提出一个稳态的、非等温的三维数学模型.应用模型对一个电极面积为3.12 cm×4 cm，20条通路的“蛇形”流道结构PEMFC进行数值计算，得到电池的流场、局部电流密度和组分浓度等的多维分布.并分析了不同渗透率对电池特性所产生的影响.结果表明,渗透率越高，压力降越小，有利于提高电池的性能.     

Proton exchange membrane fuel cells modeling based on artificial neural networks

To understand the complexity of the mathematical models of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and their shortage of practical PEMFC control, the PEMFC complex mechanism and the existing PEMFC models are analyzed, and artificial neural networks based PEMFC modeling is advanced. The structure, algorithm, training and simulation of PEMFC modeling based on improved BP networks are given out in detail. The computer simulation and conducted experiment verify that this model is fast and accurate, and can be used as a suitable operational model for PEMFC real-time control.     

相对湿度对PEMFC水传输和分布的影响

建立了一个二维稳态两相等温的质子交换膜燃料电池模型用于研究相对湿度对电池水传输的影响。模型综合考虑了电池中的动量守恒、质量传输、电荷守恒、催化层中的电化学反应,以及扩散层中液态水的凝结。通过计算分析电池内部的水分布和水传输表明:燃料电池的进气均需要加湿,以保证电解质膜的湿润,使其具有很好的导电能力;阴极进气加湿在75%左右电池性能可以达到最佳;阳极进气干燥对电池的性能影响较大。     

分布式发电系统中燃料电池建模与分析

随着分布式发电技术的兴起,作为分布式电源重要组成部分的燃料电池以清洁、高效、安静的特点受到广泛关注。分布式发电系统的动态特性在很大程度上取决于其中的分布式电源特性.分析燃料电池各种时间尺度的动态行为,讨论包括双电层效应、气体分压力和温度等因素对动态过程的影响,分别介绍质子交换膜燃料电池的短期、中期和长期动态特性的仿真模型,并且提出一种改进的短期动态模型,通过仿真验证该模型的有效性.     

基于质子交换膜动态特性的PEM燃料电池建模与仿真

质子交换膜是燃料电池的核心部分,膜的含水量及膜内阻对燃料电池的性能至关重要。基于质量守恒、能量守恒、电荷守恒和电化学反应动力学,将燃料电池划分为阳极气道、阳极扩散层/催化层、质子交换膜、阴极气道、阴极扩散层/催化层5个控制体,建立了简化的半机理半经验动态模型,描述了H2O和H2等各组分在相应控制体内及燃料电池关于电压、温度、压力和膜含水量等一些重要变量(如电压、温度、压力和膜含水量等)的动静态特性;描述了水通量密度、质子通量密度和含水量等膜内变量(如水通量密度、质子通量密度和含水量等)的动态过程。仿真结果表明,该模型能够较准确地反映运行参数对PEMFC动静态性能的影响。     

PEMFC输出特性建模与多因素仿真分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一个涉及多个学科领域的复杂系统,其输出特性受到多种因素的影响.为研究工作温度、压力、膜含水量、加载幅度、加载速度对其输出特性的影响,根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)的数学模型,建立了考虑双电层电容作用的电压动态模型,并在Matlab/Simulink平台上进行仿真.利用实验室自制风冷自增湿DXFC-200质子交换膜燃料电池和燃料电池测试系统,将现场测得实际输出伏安特性曲线与所建模型输出曲线进行拟合,证明了模型的准确性和稳定性.在此基础上进行单因素纵向分析,并进一步运用正交实验进行多因素横向比较,分析了在低电流区域和高电流区域工作温度、压力、膜含水量对电池输出特性的影响程度.分析结果表明:在一定范围内提高温度、增大压力、增大膜含水量、减小加载幅度和加载速度可以有效改善电池性能;在低电流区域,工作温度对电池输出特性影响更显著,在高电流区域,膜含水量对其性能影响更显著.所建模型可以真实反映质子交换膜燃料电池的工作特性,对于改善电池性能,延缓电池衰减,制定燃料电池控制策略能够提供基础理论支持.     

质子交换膜燃料电池系统建模和控制的综述

对质子交换膜燃料电池系统建模和控制方法进行了综述。首先概述了燃料电池各种系统级的模型和软件，对各个子系统的模型（电压、空气供应、水管理和温度）作了介绍；其次，对质子交换膜燃料电池各种控制方法进行了综述，包括传统方法、预测控制、模糊控制和神经网络控制；最后结合国内外相关研究成果，展望了燃料电池系统建模和控制的发展前景和研究方向。     

模型预测控制器在质子交换膜燃料电池中的应用

在对质子交换膜燃料（PEMFC）的工作原理进行研究分析的基础上,对其进行数学描述,建立质子交换膜燃料电池的数学模型.根据缩减域控制原则进行模型预测控制器的设计,对比分析分别采用氧气压力和氢气压力作为控制变量时输出电压的变化.仿真结果表明当选择氧气压力作为控制变量时能够获得比较理想的控制效果.     

质子交换膜燃料电池催化层气液两相流的建模及仿真

质子交换膜燃料电池中液态水含量的多少对电池性能具有十分重要的影响。考虑了质子交换膜燃料电池催化层中气液态水的影响,在假设电池内部保持等温、稳态的基础上建立了电池阴极一维气液两相流模型。运用MATLAB软件对电池内部不同的液态水饱和度、温度以及不同阴极进气压力对单电池输出电压的影响进行了仿真,得出不同条件下的电流密度和电压之间的关系曲线,将仿真结果与实验数据相比较,该结果与实验数据符合较好,可为车用燃料电池的优化与控制提供依据。