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污染、工作穩(wěn)定可靠、冷啟動時間短、效率高的特點成為燃料電池發(fā)展的主流[1]。將質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用于汽車領(lǐng)域?qū)俏磥砥囆袠I(yè)發(fā)展的大方向。本文主要研究車用燃料電池的設(shè)計與控制,對燃料電池系統(tǒng)來說,使用現(xiàn)有的設(shè)備使其達到最大輸出效率具有重要的作用,因此,本文主要設(shè)計了車用燃料電池,建立了燃料電池simulink系統(tǒng)模型,搭建了燃料電池系統(tǒng)實驗臺,設(shè)計了一套燃料電池啟停的工作狀態(tài)控制,且對影響電堆輸出功率較大的空氣路和電堆冷卻水溫度進行控制優(yōu)化以期達到最佳輸出狀態(tài)。主要內(nèi)容如下:本文首先介紹了車用質(zhì)子交換膜燃料電池研究的現(xiàn)狀,針對目前的研究現(xiàn)狀,以及構(gòu)成燃料電池發(fā)動機的結(jié)構(gòu)、功能以及工作原理和工作方式。其次對車用燃料電池系統(tǒng)的幾個組成部分進行simulink建模,以熱力學(xué)為基礎(chǔ)主要分析了空壓機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,從而建立整個車用燃料電池系統(tǒng)的simulink模型。然后對建立的simulink模型進行仿真,在仿真中模仿實際電堆測試時加載過程進行測試... 

【文章來源】：青島理工大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：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)具有非線性和時變特性的特點，所以對質(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，建模會有很大的難度，不利于思維的展開，在此將其簡化成幾個重要的系統(tǒng)。如圖2.1所示為燃料電池系統(tǒng)模型的簡化流程圖，圖中可以看到燃料電池系統(tǒng)的組成，由空壓機為主的空氣系統(tǒng)、由氫氣進氣為主構(gòu)成的氫氣系統(tǒng)、由進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)上分別對各個系統(tǒng)進行模型的搭建，在simulink中建立以目標電流為系統(tǒng)輸入的多輸出燃料電池模型。圖2.1燃料電池系統(tǒng)簡化圖Fig2.1Simplifieddiagramoffuelcellsystem2.2空壓機模型空壓機的建模過程可簡述為如下圖2.2，輸入為空壓機的給定轉(zhuǎn)速信號和目標電流，通過框圖內(nèi)的空壓機的動態(tài)過程和熱力學(xué)的動態(tài)過程輸出壓縮機的轉(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空壓機建模思路Fig2.2Aircompressormodelingideas空壓機是燃料電池發(fā)動機中比較重要的組成部分，空氣通過空氣濾清器經(jīng)過空壓機進行壓縮，壓縮后的氣體經(jīng)過中冷器，增濕器進入電堆與來自電堆陽極的氫氣通過質(zhì)子交換膜進行化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電壓和電流�？諌簷C將機械能轉(zhuǎn)換為氣體的能量，在空壓機壓縮空氣的過程中發(fā)生了熱力學(xué)的變化[17]。因此，空壓機模型包括機械模型和熱力學(xué)模型。壓縮機的動態(tài)機械模型如下[18]：cpcmcpcpdtdJ(2.1)cpcpcpP(2.2)cpvcmcmtcmcmkvRk(2.3)cpcpcmcpJdtdN260(2.4)式中，cpJ為壓縮機轉(zhuǎn)動慣量2mg；cp為壓縮機轉(zhuǎn)動角速度srad；cm為壓縮機電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩mN；cp為驅(qū)動空氣壓縮機阻力轉(zhuǎn)矩mN；tk、vk、cmR為電機模型參數(shù)。經(jīng)過空壓機壓縮后空氣的溫度以及出壓縮機的流量由熱力學(xué)計算公式計算，如下所示：

【參考文獻】：
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本文編號：3451439