受能源危機與環(huán)境污染的影響,開發(fā)利用清潔能源成為當前必須要面對的重要課題。燃料電池與傳統(tǒng)能源相比,具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無污染、低噪音等優(yōu)點。其中質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低,啟動時間短,在新能源汽車領(lǐng)域受到科研工作者的高度重視。目前質(zhì)子交換膜燃料電池的建模最常見的是基于極化曲線建立的電化學(xué)穩(wěn)態(tài)模型,但實際反應(yīng)過程中燃料電池的溫度、流量、壓力等參數(shù)都是動態(tài)變化的,因此建立質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)動態(tài)模型對探究其反應(yīng)過程與控制器的設(shè)計有重要的意義。質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)由多個相互耦合的子系統(tǒng)組成,整個系統(tǒng)具有復(fù)雜的非線性特性,協(xié)調(diào)各部分子系統(tǒng)的工作,設(shè)計相應(yīng)的控制算法,是提升系統(tǒng)效率的關(guān)鍵措施。本文圍繞上述問題,對車載質(zhì)子交換膜燃料電池建模與進氣系統(tǒng)研究開展了如下研究工作:（1）從燃料電池電化學(xué)反應(yīng)機理出發(fā),考慮電池內(nèi)部氣體與液態(tài)水的傳遞過程,結(jié)合機理與經(jīng)驗的建模方法。針對模型的動態(tài)響應(yīng)特性與參數(shù)復(fù)雜特性,對系統(tǒng)提出合理的簡化,基于MATLAB/Simulink軟件建立了質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)動態(tài)模型。機理模型包括輸出電壓模型、陰極流場模型、陽極流場模型與膜水合模型;子系統(tǒng)模型由空氣供應(yīng)系統(tǒng)... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 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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車載能源種類目前為了解決能源問題，太陽能、風能、潮汐能與氫能等清潔能源引起了行業(yè)的高度

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2移動電源、船舶、汽車、機車等多個領(lǐng)域。圖1.2不同車載能源溫室氣體排放燃料電池可以根據(jù)其電解質(zhì)的不同，可分為固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、磷酸燃料電池（PAFC）等[5]，不同類型燃料電池的對比如表1.1所示。表1.1不同燃料電池性能對比類型SOFCPEMFCDMFCPAFC電解質(zhì)Y2O3,ZrO2固體高分子膜固體高分子膜H2PO4導(dǎo)電離子O2-H+H+H+催化劑鈣鈦聚合體鉑鉑鉑燃料天然氣、甲醇氫氣甲醇天然氣、甲醇工作溫度500~1000℃80℃100℃180~200℃壽命7000h5000h1000h15000h質(zhì)量比功率15~20300~10001~10100~220啟動時間>10min<5s>10min>10min其中質(zhì)子交換膜燃料電池可以滿足汽車在不同工況下的行駛需求，功率密度大，工作溫度低，常溫下啟動時間短，是最適合作為汽車動力源的燃料電池。PEMFC系統(tǒng)由不同

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4氫罐總體積為122.4L，最高可承受70Mpa的壓力，同時具備傳統(tǒng)燃油車的加速性能與巡航里程，10s即可完成百公里加速[11]。圖1.3豐田公司的Mirai與現(xiàn)代公司的ix35現(xiàn)代汽車第一款燃料電池汽車ix35FCV（圖1.3）于2013年上市，配備了輸出功率為95KW的燃料電池，輔助電源采用輸出功率為24KW鋰電池。的續(xù)航距離為594km，百公里加速時間小于12.5s，最高車速可達160km/h[12]。同時現(xiàn)代新款NEXO與2018年初上市，NEDC工況下最大續(xù)駛里程大于805km，百公里加速時間小于9.9s。圖1.4雪佛蘭Equinox氫燃料電池汽車和戴姆勒公司的GLCF-CELL雪佛蘭Equinox（圖1.4）氫燃料電池汽車采用通用公司研發(fā)的第四代氫燃料動力系統(tǒng)，燃料電池組由440塊單體電池組成，最大輸出功率可達93KW，百公里加速僅需12s，最高時速可達160km/h。戴姆勒公司在2017年車展推出了一款基于奔馳GLC的GLCF-CELL（圖1.4）燃料電池汽車，在PEMFC系統(tǒng)的設(shè)計上最大化通用性，3min內(nèi)即可將4.4kg的氫氣充滿到整個氫氣罐中，續(xù)駛里程可達437km。上汽榮威950（圖1.5）插電式氫燃料電池汽車是上汽自主研發(fā)的國內(nèi)第四代燃料電池汽車，其動力系統(tǒng)由動力蓄電池與最大功率為30KW的燃料電池組成，其驅(qū)動電機功率為50kw，最大功率可達110kw。上汽FCV80（圖1.5）是國內(nèi)第一款用全新標準的燃料電池輕客，采用上汽新一代氫燃料電池系統(tǒng)與可插電鋰離子動力電池的雙動力源，搭載

【參考文獻】：
期刊論文
[1]車用質(zhì)子交換膜燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)自適應(yīng)解耦控制方法研究[J]. 周蘇,胡哲,謝非.  汽車工程. 2020(02)
[2]氫燃料電池車商業(yè)化 上汽MAXUS FCV80力拔頭籌[J]. 何丹妮.  汽車與新動力. 2019(05)
[3]基于PFDL的陰極開放式PEMFC系統(tǒng)無模型自適應(yīng)預(yù)測控制[J]. 劉璐,李奇,尹良震,王天宏,陳維榮.  中國電機工程學(xué)報. 2019(16)
[4]氫能與燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 邵志剛,衣寶廉.  中國科學(xué)院院刊. 2019(04)
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[6]基于變論域模糊增量理論的質(zhì)子交換膜燃料電池溫度控制[J]. 謝雨岑,鄒見效,彭超.  控制理論與應(yīng)用. 2019(03)
[7]質(zhì)子交換膜燃料電池建模與控制的綜述[J]. 文澤軍,閔凌云,謝翌,夏凌超,張財志.  電源技術(shù). 2018(11)
[8]中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J]. 馬建,劉曉東,陳軼嵩,汪貴平,趙軒,賀伊琳,許世維,張凱,張一西.  中國公路學(xué)報. 2018(08)
[9]中國燃料電池汽車發(fā)展問題研究[J]. 劉宗巍,史天澤,郝瀚,趙福全.  汽車技術(shù). 2018(01)
[10]質(zhì)子交換膜燃料電池變載過程動態(tài)響應(yīng)分析[J]. 曲炳旺,陳會翠,邢夏杰,章桐.  同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(S1)

博士論文
[1]基于過氧比的車載燃料電池系統(tǒng)控制技術(shù)[D]. 郭愛.西南交通大學(xué) 2015
[2]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識模型的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)建模與控制研究[D]. 王瑞敏.上海交通大學(xué) 2008



本文編號：3020780