质子交换膜燃料电池建模综述

综述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)建模方法和模型类型。概述了PEMFC的机理模型和经验模型,详细介绍了电压模型、空气供应子系统模型、氢气供应子系统模型、水管理子系统模型和热管理子系统模型等,综述了国内外对PEMFC数学建模的研究现状,并对未来PEMFC数学模型的发展提出了展望。     

面向控制的质子交换膜燃料电池机理建模及仿真

系统建模是控制系统设计的基础,建立了用于控制系统设计的质子交换膜燃料电池(PEMFC)集总参数动态模型。从质量守恒和能量守恒角度进行PEMFC机理建模。模型分为8个子模型,即风机动态模型、供应管腔动态模型、空气冷却和加湿器静态模型、阴极动态模型、回流管腔动态模型、阳极动态模型、质子交换膜中水传输模型以及电化学电压模型。通过Matlab/Simulink软件仿真分析,表明所建立的模型能模拟出PEM-FC内的压力、电压、温度以及能量的动态特性,为进一步的控制系统设计奠定了基础。     

质子交换膜燃料电池发电系统建模与分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统进行动态建模和分析,模型包括质子交换膜燃料电池,供气系统和直流-直流(DC-DC)变换器等部分。首先建立用于预测燃料电池电化学特性和反应气体压力特性的集中参数动态模型,同时给出了供气系统和DC-DC转换器的动态模型,也给出了比例积分型DC-DC变换控制器的设计方法。然后仿真和分析了PEMFC发电系统对快速变化负载的动态响应。采用Matlab-SIMULINK软件对5kW的PEMFC发电系统进行仿真。仿真结果表明系统模型结构简单,计算量小;PEMFC发电系统能够满足快速负载功率需求,满足不同负载的使用要求。     

PEM燃料电池流量及功率系统的建模

数学模型是理解和分析燃料电池性能的有效工具,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的建模是该技术发展和研究中的一个极为重要的问题。将结合已有的PEMFC建模方面的成果和本实验室PEMFC实验台的实验数据给出一种质子交换膜燃料电池系统的动态模型。该模型能够描述电堆电压、反应物流量以及反应物空间压力的瞬态响应过程。我们利用Matlab的SIMULINK对模型进行仿真,给出了负载电流以及反应物流量控制器给定电压阶跃变化时系统的瞬态响应,并对仿真结果和实验台实际运行数据进行了分析和比较。结果显示具有较好的一致性,证明此模型是PEMFC的实时控制系统以及最优化设计的一个有力工具。     

一种可反映延时特性的PEMFC系统动态模型

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统固有的辅机响应延时特性,建立面向仿真分析的燃料电池系统动态模型。利用机理模型对PEMFC建模,在此基础上引入辅机系统响应延时特性的等效数学模型,构建了PEMFC发电系统简化动态模型,并对模型进行实验数据对比验证。结果表明,在负荷电流突变瞬间,该模型能反映出燃料电池输出电压、功率等瞬时动态变化特性,即能正确反映PEMFC系统的延时特性。     

10kW PEMFC动态系统建模与控制

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态系统为研究对象。首先将质子交换膜燃料电池划分为氢气动态模型、空气动态模型、电化学电压模型和温度动态模型四部分建模;其次根据系统运行要求设计控制策略:氧气化学计量比前馈控制,阴极和阳极压力差PID控制和温度滑模控制;最后应用所建立的模型和控制策略对10 kW质子交换膜燃料电池进行仿真运行分析,结果证明所设计的系统能模拟PEMFC动态系统运行。     

质子交换膜燃料电池数学模型的现状与发展

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)至今已有的各种数学模型。根据PEMFC的组成结构、工作原理进行了模型分类。重点以PEMFC的组成结构分类法,分析了各组成元件、单电池及电堆数学模型的建模方法、模型特点及模型研究结果。分析结果表明:质子交换膜燃料电池数学模型应在其实用性、简单化和更真实反映电池动态工作过程等方面做进一步的研究。     

PEMFC空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.     

质子交换膜燃料电池建模及其PID控制

针对目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型难以适用于控制系统的设计,提出利用Matlab-Simulink仿真工具对PEMFC进行系统动态模型建立,并在此基础上采用比例积分微分(PID)算法控制其输出电压.仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,有助于改善PEMFC的设计,提高其性能,而且PID算法能够较好地实现对PEMFC系统的控制,可适用于控制系统的设计.     

PEMFC系统故障诊断的研究现状

综述近年来质子交换膜燃料电池(PEMFC)故障诊断的研究现状,着重分析电极水淹及膜干故障、空气(氧气)供给系统故障和水热管理系统故障的诊断方法和原理。指出PEMFC系统故障诊断技术方法使用、模型建立和范围研究的不足。