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的建模与仿真

详细分析了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电化学模型。在此基础上，运用Matlab的Simulink仿真工具建立仿真模型，通过此模型，分析当电池电流出现阶跃变化时，电池电压、输出功率、消耗功率、电池效率以及电池等效内阻的动态响应。此模型也可用于电堆的仿真与设计，此研究对燃料电池的优化与控制可提供帮助。     

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．     

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.     

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模型研究

对近10年内PEMFC从单电池到电池系统的动态模型进行了简要介绍.提出了当前动态模型工作中存在的问题,指出模型工作可能的发展方向1)从微观角度更趋近真实地描述电池内部过程,建立包括电极过程动力学与电化学热力学等的机理模型;2)从宏观的角度发展用于全面描述质子交换膜燃料电池系统的联合数学模型.     

质子交换膜燃料电池堆建模与参数分析

质子交换膜燃料电池性能衰退与寿命预测研究需要依靠多物理仿真模型。为了满足燃料电池堆对仿真工具的要求,单电池模型被串联起来建立了一个燃料电池堆二维模型。在每个单电池内,考虑了各个组件的气体成分,带电离子和水分子的耦合传输特性。以10个单电池组成的电堆为例,将电池堆性能的影响因素归结为内部性能参数和操作运行过程中的控制参数。得到了燃料电池堆的气体浓度分布、阴阳极湿度分布、局部电流密度分布和整体温度分布等。最后对电池内部性能参数和操作参数进行分析,发现提高催化层活性比表面积可改善活化损失;提高质子交换膜电导率可改善欧姆损失;提高扩散层孔隙率可改善浓差损失。为PEMFC性能优化设计和操作条件的选择打下基础。     

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。     

键合图理论在PEMFC建模的应用

基于汽车控制系统的实时性要求,控制模型必须在保证准确性的同时具有运算简单的特点.质子交换膜燃料电池（PEMFC）被誉为最有前途的车用燃料电池,对其模型的研究是不可或缺的.本文根据车用实时控制的要求结合PEMFC工作原理,利用键合图方法和20-sim软件,建立PEMFC的稳态模型.通过比较仿真结果与实验结果,验证了模型的正确性.     

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。     

不同流道结构质子交换膜燃料电池内传递现象的三维模拟

应用计算流体力学方法，建立了用于模拟质子交换膜燃料电池（PEMFC）传递特性和电化学性能的稳态、等温的三维数学模型。计算了传统流道和交叉梳状流道燃料电池的流场、电流密度和组分浓度等的多维分布。与传统流道的燃料电池相比，交叉梳状流道所产生的电极内强烈的强制对流机理提高了反应物和产物的传输速率，从而改善了电池的极限电流和极化性能等。利用模型估算的极化特性和文献实验结果吻合较好。     

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.     

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.     

基于模糊PID控制的燃料电池稳压技术研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一个复杂的非线性系统。针对其输出电压不稳定且电压调节范围较小,作者设计了基于模糊PID控制的DC-DC变换器进行稳压。根据DC-DC变换器输出电压偏差E和偏差变化率E_c,利用设计的模糊规则,调整PID控制器的参数,改善控制效果。在MATLAB软件中建立了基于模糊PID控制的燃料电池DC-DC变换器稳压模型,进行仿真研究。建立燃料电池稳压实验系统,进行实验验证。仿真和实验结果表明,设计的基于模糊PID控制的DC-DC变换器,具有良好的稳压能力和较强的鲁棒性。     

基于氮氢混合气为燃料的PEMFC性能仿真分析与研究

建立以氮氢混合气(氮氢摩尔浓度比1∶3)为燃料的盲孔阳极PEMFC二维动态模型,研究分析燃料电池在阳极流道末端吹扫阀未工作状态下电流与电压随着时间的变化、阳极流道内氢气浓度随时间与空间的变化、吹扫阀控制策略对燃料电池输出特性的影响以及燃料效率随电压的变化。结果表明,当吹扫阀关闭且输出电压一定时,电池的输出电流能够在对应的特定值稳定工作一段时间后急剧下降,其次合理的设置吹扫阀的吹扫时间能够保证电池稳定的工作,当输出电压为0.62V时,燃料电池的效率约为53%,比文献中的实验值高56%。研究结果能够为使用氨气重整气为PEMFC燃料的可行性提供参考。     

车用质子交换膜燃料电池空气系统过氧比控制方法

针对车用质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统最佳过氧比（OER）控制问题,基于60kW PEMFC系统,构建了面向控制的三阶非线性空气系统模型,分别设计了基于稳态工作点近似线性化模型的动态前馈+PI控制器和基于全局线性化模型的前馈/反馈线性化控制器。仿真结果表明：前馈/反馈线性化方法解决了基于近似线性化模型控制方法由于模型误差而使OER响应存在稳态误差的问题,并且通过引入非线性前馈环节消除了负载电流变化对OER响应的影响,能在不同工况负载下跟踪最佳OER,有效提高了PEMFC系统效率。     

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。     

固体氧化物燃料电池微型热电联供系统的动态仿真

建立了固体氧化物燃料电池微型热电联供系统动态模型,并以该模型为基础,对系统的动态性能进行了仿真.仿真结果表明,所建模型可以很好地反映固体氧化物燃料电池微型热电联供系统的性能;系统中部件之间的相互影响是决定系统动态特性的重要因素;系统中具有几种不同时间尺度的动态过程.