發(fā)布時間：2021-06-11 18:41

　　質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）是一種低溫燃料電池,具有清潔無污染、效率高、功率密度大、啟動時間快等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于電動汽車、備用電源等領(lǐng)域,是新能源領(lǐng)域的研究重點。實際應(yīng)用中,溫度是影響PEMFC性能的重要指標(biāo),合理的溫控策略是保證PEMFC最佳工作溫度,提高PEMFC輸出特性和壽命的關(guān)鍵,而溫度控制不當(dāng)則會降低催化劑的活性,甚至導(dǎo)致PEMFC失效,引發(fā)安全事故。因此,研究PEMFC熱管理系統(tǒng)溫控策略具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以某氫燃料貨車中PEMFC熱管理系統(tǒng)為研究對象,開展PEMFC熱管理系統(tǒng)的溫控策略研究。從PEMFC的溫度特性為出發(fā)點,通過分析PEMFC熱管理系統(tǒng)各方面的研究現(xiàn)狀,從而明確溫控系統(tǒng)的控制依據(jù)。基于PEMFC的工作原理和試驗數(shù)據(jù)搭建了PEMFC動態(tài)模型,并依此分析了溫度對PEMFC輸出特性的影響。采用GT-SUITE建立PEMFC熱管理系統(tǒng)瞬態(tài)仿真平臺,并基于PEMFC臺架試驗進(jìn)行了標(biāo)定,為溫控策略的開發(fā)提供了模型基礎(chǔ)。針對PEMFC熱管理系統(tǒng),本文以冷卻系統(tǒng)電附件最小功耗及溫控精度為目... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

PEMFC臺架測試系統(tǒng)

第3章PEMFC冷卻系統(tǒng)及模型的建立-25-此，本文選取GT-SUITE軟件搭建PEMFC冷卻系統(tǒng)一維仿真模型。在GT-SUITE中，冷卻系統(tǒng)模型基于Navier-Stocks方程進(jìn)行流體動力學(xué)進(jìn)行求解，求解前整個模型以交錯網(wǎng)格的形式被離散為多個子體積，即在質(zhì)心計算壓力、溫度、密度、內(nèi)能、焓、濃度等標(biāo)量，邊界處計算流速、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等矢量。GT-SUITE常用的求解器有兩種，分別為顯示求解器和隱式求解器，顯示求解器常用來求解流體的質(zhì)量流速、密度和內(nèi)能；隱式求解器常用來求解流體的質(zhì)量流速、壓力和焓變。3.4.1冷卻系統(tǒng)模型搭建PEMFC冷卻系統(tǒng)模型如圖3-5所示，主要部件包括PEMFC傳熱模型、散熱器模型、冷卻風(fēng)扇模型、電子水泵模型、節(jié)溫器及離子過濾器模型等。圖3-5基于GT-SUITE的PEMFC冷卻系統(tǒng)一維仿真模型(1)PEMFC傳熱模型采用GT-SUITE搭建和分析PEMFC冷卻系統(tǒng)的傳熱模型，由于GT-SUITE中“FuelCell”模塊只對PEMFC動態(tài)輸出性能進(jìn)行仿真，不包含PEMFC傳熱部分，因此，“FuelCell”不適用于PEMFC冷卻系統(tǒng)。假設(shè)PEMFC產(chǎn)生的熱量全部被冷卻水帶走，離散后子體積內(nèi)部壓力、傳熱均勻，此時PEMFC傳熱模型可采用GT-SUITE中的ThermalMass模塊等效模擬。ThermalMass模塊輸入的熱量等于PEMFC在不同工況下產(chǎn)生的熱量，由第2章PEMFC動態(tài)模型仿真可得。(2)散熱器模型通過HxMaster和HxSlave分別建立散熱器冷卻液側(cè)和空氣側(cè)模型。HxMaster模

第3章PEMFC冷卻系統(tǒng)及模型的建立-27-數(shù)據(jù)，分別建立換熱器模型、擋風(fēng)板、氣流流通空間、邊界條件后，將COOL3D模型離散化，自動轉(zhuǎn)化為GT-SUITE一維模型后通過SubAssembly-External模塊作為外部文件導(dǎo)入，從而實現(xiàn)一維耦合三維的冷卻系統(tǒng)仿真計算，轉(zhuǎn)化完成后的一維模型內(nèi)部如圖3-6所示。COOL3D轉(zhuǎn)換為GT-SUITE模型COOL3D模型散熱器實物GT-SUITE一維仿真模型圖3-6基于COOL3D散熱器模型搭建過程圖3-7基于COOL3D轉(zhuǎn)換為GT-SUITE的散熱器一維仿真模型(3)電子水泵及冷卻風(fēng)扇模型電子水泵的性能主要包括不同轉(zhuǎn)速對應(yīng)冷卻液流速下的揚程和不同工況點的效率。此外，電子水泵功耗也是評價電子水泵性能的重要指標(biāo)之一。電子水泵功耗pumpP定義如式(3-7)所示。lpumppumptotPVP(3-7)式中l(wèi)P——電子水泵進(jìn)出口前后壓差，kPa；pumpV——冷卻液體積流量，m3/s；

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3225078