隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展,質(zhì)子交換膜燃料電池以其無(wú)污染、工作穩(wěn)定可靠、冷啟動(dòng)時(shí)間短、效率高的特點(diǎn)成為燃料電池發(fā)展的主流[1]。將質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域?qū)?huì)是未來(lái)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的大方向。本文主要研究車(chē)用燃料電池的設(shè)計(jì)與控制,對(duì)燃料電池系統(tǒng)來(lái)說(shuō),使用現(xiàn)有的設(shè)備使其達(dá)到最大輸出效率具有重要的作用,因此,本文主要設(shè)計(jì)了車(chē)用燃料電池,建立了燃料電池simulink系統(tǒng)模型,搭建了燃料電池系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái),設(shè)計(jì)了一套燃料電池啟停的工作狀態(tài)控制,且對(duì)影響電堆輸出功率較大的空氣路和電堆冷卻水溫度進(jìn)行控制優(yōu)化以期達(dá)到最佳輸出狀態(tài)。主要內(nèi)容如下:本文首先介紹了車(chē)用質(zhì)子交換膜燃料電池研究的現(xiàn)狀,針對(duì)目前的研究現(xiàn)狀,以及構(gòu)成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能以及工作原理和工作方式。其次對(duì)車(chē)用燃料電池系統(tǒng)的幾個(gè)組成部分進(jìn)行simulink建模,以熱力學(xué)為基礎(chǔ)主要分析了空壓機(jī)的輸入輸出特性以及燃料電池電堆的三種極化現(xiàn)象。然后建立了進(jìn)氣管道以及回氣管道的模型,以及燃料電池的物質(zhì)消耗模型,從而建立整個(gè)車(chē)用燃料電池系統(tǒng)的simulink模型。然后對(duì)建立的simulink模型進(jìn)行仿真,在仿真中模仿實(shí)際電堆測(cè)試時(shí)加載過(guò)程進(jìn)行測(cè)試... 

【文章來(lái)源】：青島理工大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文8第2章燃料電池系統(tǒng)建模與仿真2.1引言由于質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)具有非線(xiàn)性和時(shí)變特性的特點(diǎn)，所以對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的建模以及控制顯得尤為重要[16]，由于質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，建模會(huì)有很大的難度，不利于思維的展開(kāi)，在此將其簡(jiǎn)化成幾個(gè)重要的系統(tǒng)。如圖2.1所示為燃料電池系統(tǒng)模型的簡(jiǎn)化流程圖，圖中可以看到燃料電池系統(tǒng)的組成，由空壓機(jī)為主的空氣系統(tǒng)、由氫氣進(jìn)氣為主構(gòu)成的氫氣系統(tǒng)、由進(jìn)排氣管路組成的管路系統(tǒng)以及燃料電池電堆部分，關(guān)于質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在第一章有介紹，在此不再贅。本章將在此模型的基礎(chǔ)上分別對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模型的搭建，在simulink中建立以目標(biāo)電流為系統(tǒng)輸入的多輸出燃料電池模型。圖2.1燃料電池系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖Fig2.1Simplifieddiagramoffuelcellsystem2.2空壓機(jī)模型空壓機(jī)的建模過(guò)程可簡(jiǎn)述為如下圖2.2，輸入為空壓機(jī)的給定轉(zhuǎn)速信號(hào)和目標(biāo)電流，通過(guò)框圖內(nèi)的空壓機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和熱力學(xué)的動(dòng)態(tài)過(guò)程輸出壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速以及壓縮后的空氣溫度和壓力。

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文9圖2.2空壓機(jī)建模思路Fig2.2Aircompressormodelingideas空壓機(jī)是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中比較重要的組成部分，空氣通過(guò)空氣濾清器經(jīng)過(guò)空壓機(jī)進(jìn)行壓縮，壓縮后的氣體經(jīng)過(guò)中冷器，增濕器進(jìn)入電堆與來(lái)自電堆陽(yáng)極的氫氣通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電壓和電流�？諌簷C(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的能量，在空壓機(jī)壓縮空氣的過(guò)程中發(fā)生了熱力學(xué)的變化[17]。因此，空壓機(jī)模型包括機(jī)械模型和熱力學(xué)模型。壓縮機(jī)的動(dòng)態(tài)機(jī)械模型如下[18]：cpcmcpcpdtdJ(2.1)cpcpcpP(2.2)cpvcmcmtcmcmkvRk(2.3)cpcpcmcpJdtdN260(2.4)式中，cpJ為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2mg；cp為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度srad；cm為壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩mN；cp為驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)阻力轉(zhuǎn)矩mN；tk、vk、cmR為電機(jī)模型參數(shù)。經(jīng)過(guò)空壓機(jī)壓縮后空氣的溫度以及出壓縮機(jī)的流量由熱力學(xué)計(jì)算公式計(jì)算，如下所示：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]VOC螺桿壓縮機(jī)組及其控制系統(tǒng)應(yīng)用[J]. 徐冉,徐春成,王瑩,李想.  化工設(shè)備與管道. 2018(06)
[2]全釩液流電池充放電特性及其影響因素試驗(yàn)[J]. 孫紅,喻明富,王瑞宙,于東旭.  沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2015(06)
[3]水冷型質(zhì)子交換膜燃料電池溫度控制策略[J]. 陳維榮,李艷昆,李巖,趙興強(qiáng).  西南交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(03)
[4]燃料電池堆單片電壓一致性研究進(jìn)展[J]. 翁元明,林瑞,唐文超,馬建新.  電源技術(shù). 2015(01)
[5]基于DHP方法的PEM燃料電池優(yōu)化控制器設(shè)計(jì)[J]. 楊忠君,樊立萍,宗學(xué)軍.  電源技術(shù). 2014(11)
[6]某型發(fā)動(dòng)機(jī)喘振故障機(jī)理分析[J]. 張林,張衍峰.  科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2013(16)
[7]基于SAE1939標(biāo)準(zhǔn)的CAN通信網(wǎng)絡(luò)在汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 朱小龍.  重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)). 2013(03)
[8]質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的設(shè)計(jì)與模擬分析[J]. 吳懋亮,顧竹筠,曹壽峰.  可再生能源. 2012(10)
[9]空分制氧控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 黃啟權(quán),宋捷,阮航.  艦船電子工程. 2012(03)
[10]汽車(chē)線(xiàn)束的精益設(shè)計(jì)及布置[J]. 蔡晶晶.  工業(yè)設(shè)計(jì). 2012(03)

博士論文
[1]基于過(guò)氧比的車(chē)載燃料電池系統(tǒng)控制技術(shù)[D]. 郭愛(ài).西南交通大學(xué) 2015
[2]車(chē)用PEMFC空氣供給系統(tǒng)建模及控制策略研究[D]. 衛(wèi)國(guó)愛(ài).武漢理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]大功率PEMFC空氣系統(tǒng)控制策略研究[D]. 張玉瑾.西南交通大學(xué) 2018
[2]微生物燃料電池陽(yáng)極生物膜成膜及質(zhì)子傳輸特性研究[D]. 胡琳彬.重慶大學(xué) 2018
[3]機(jī)車(chē)PEMFC空氣系統(tǒng)優(yōu)化研究[D]. 李倫.西南交通大學(xué) 2017
[4]車(chē)用燃料電池及其混合電源系統(tǒng)的研究[D]. 夏發(fā)銀.安徽工程大學(xué) 2016
[5]車(chē)用燃料電池系統(tǒng)控制策略研究[D]. 周洋.湖南工業(yè)大學(xué) 2016
[6]基于冗余S7-400H與WinCC的氫氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)[D]. 李先會(huì).華南理工大學(xué) 2015
[7]膨脹石墨/聚酰亞胺復(fù)合材料雙極板的制備研究[D]. 常豐瑞.華東理工大學(xué) 2015
[8]基于多變量控制的智能溫室控制系統(tǒng)[D]. 譚志君.東華大學(xué) 2015
[9]車(chē)用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)研究[D]. 方川.清華大學(xué) 2014
[10]電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)化輔助系統(tǒng)控制方法研究[D]. 張瑋.華南理工大學(xué) 2013



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