PEMFC具有高效清潔、負荷變化響應(yīng)快速、工作溫度低、啟動速度快等優(yōu)點,特別適合成為未來汽車的核心動力源。它能使汽車具有環(huán)境污染小、能量密度高和能量總體利用效率高這三大優(yōu)勢,相比于現(xiàn)有的內(nèi)燃機汽車,更加符合節(jié)能減排的發(fā)展趨勢。但是,PEMFC電堆內(nèi)部的水熱特性會直接影響電堆的工作特性,而電堆的工作溫度又對水熱特性具有重要的影響,所以工作溫度對電堆工作的穩(wěn)定性、安全性和高效性至關(guān)重要。為了保證電堆工作的穩(wěn)定和高效,本文建立了 PEMFC電堆的仿真模型,針對電堆的工作溫度展開研究,以為其實際應(yīng)用提供理論支撐與參考。首先,建立了關(guān)于PEMFC電堆的陽極流道、陰極流道、水傳輸、電池電壓和電池散熱的動態(tài)模型,并在該動態(tài)模型的基礎(chǔ)上,建立了相應(yīng)的電堆穩(wěn)態(tài)仿真模型。它們充分考慮了電堆的電化學(xué)特性、水傳輸特性、氣體流動特性和散熱特性,并且進行了相應(yīng)的對比驗證。在確定模型合理的基礎(chǔ)上,針對電堆的工作溫度展開了恒溫仿真和非恒溫仿真。研究結(jié)果表明:電堆恒溫運行更為有利。因此,若要實現(xiàn)電堆的恒溫運行,需解決溫度的選取問題及其控制問題。針對電堆溫度的選取問題,采用遺傳算法展開了優(yōu)化研究。同時,為了解決優(yōu)化計算速... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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圖１．１不同燃料的理論能量密度（ｋＷｈ／ｋｇ）??３．燃料電池的總效率較高，如圖１．２所示［８］

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??氣的污染，有助于緩解全球環(huán)境污染問題。??表１－２采用各類能源發(fā)電的污染情況比較（ｋｇＨＯ－ＹｋＷｈ）－１）?［５］??污染成分?ＮＯｘ?Ｓ０２?塵末?烴類??燃料電池?６３－１０７?０－０．１２?０－０．０１４?１４－１０２??天然氣火力發(fā)電?１８００?２．５－２３０?０－９０?２０－１２７０??煤火力發(fā)電?３２００?８２００?３６５－６８０?３０－１００００??重油火力發(fā)電?３２００?４５５０?４５－３２０?１３５－５０００??２．氫氣的理論能量密度高，如圖１．１所示。雖然在計算中加入燃料所需的??氧氣時，氫氣能量密度的優(yōu)勢并不明顯，但是汽車在行使時可以在外界空氣中獲??取氧氣，不必在汽車上增加儲氧設(shè)備。在不計燃料所需的氧氣時，氫氣的理論能??量密度是汽油的３倍，是鋰電池的８０多倍，解決了汽車的續(xù)航里程問題。??ｖ?％??圖１．１不同燃料的理論能量密度（ｋＷｈ／ｋｇ）??３．燃料電池的總效率較高，如圖１．２所示［８］。??—?燃謀?—］??效率９２％??效率４５％?｜－－－發(fā)電站一一？鋰電池－－刁??」｜￣?效率?３７％??效效率６２％?；?ｍ?．．．?Ｊ??率?７５?Ｗ??????９５?％?——＞?總效率３７％??／〇［—?—１７４％?一￣＾７｜」巧砂’。?——＞?總效率４９．２％??—總效率而。??圖１．２三種不同汽車的總體能源利用效率??圖１．２中給出了將燃煤、燃油、天然氣這些化石能源轉(zhuǎn)化為內(nèi)燃機、鋰電池、??２??

重視和積極研宄。??１．２燃料電池系統(tǒng)簡述??１．２．１?ＰＥＭＦＣ?電堆??ＰＥＭＦＣ電堆是整個系統(tǒng)的核心部件，它由一系列的單體電池串聯(lián)疊加組合??而成，并且電池與電池之間還會視情況安裝冷卻板，以實現(xiàn)冷卻水對電堆的調(diào)溫。??２ＦＴ＝Ｈ２〇??Ｈ２?—？?〇２?麗：?＾?ｔ??＼?３?Ｗ?’燃料電池??陽極板＾Ｉ?＿?ＭＥＡ?電堆??酣敗層??３?卜誦ａ?２陽極催化層??３?Ｂ?。?３質(zhì)子交換膜??＾?１?＝?Ｐ?４陰極催化層??３?４?板５陰極擴敗層??圖１．３?ＰＥＭＦＣ電堆結(jié)構(gòu)圖??單體ＰＥＭＦＣ由陽極流道板、陽極氣體擴散層、陽極催化層、質(zhì)子交換膜、??陰極催化層、陰極氣體擴散層和陰極流道板這７部分組成。其中除去陽極流道板??和陰極流道板，其余部件通常被壓縮為膜電極組件（ＭＥＡ），如圖１．３所示。氫氣??在陽極催化劑層處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失電子變?yōu)闅潆x子。氫離子需要與水分子結(jié)??合變?yōu)樗腺|(zhì)子Ｈ＋（ｘＨ２０）的形式才能穿過質(zhì)子交換膜，所以要求膜組件必須足??夠濕潤。氫離子到達陰極催化層后，與氧離子和外電路流入的電子結(jié)合，發(fā)生反??３??

【參考文獻】：
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本文編號：3429690