学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

质子交换膜燃料电池建模及动态仿真

作　者: 公维磊
导　师: 马金花
学　校: 山东建筑大学
专　业: 工程热物理
关键词: 质子交换膜燃料电池动态特性建模与仿真能量分析火用分析热力学
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 264次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

燃料电池是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。燃料电池是公认的高效、便捷、环境友好的能源装置。燃料电池的种类很多,其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其具有工作温度低、启动快、能量密度高、寿命长等优点,使其在公共与民用建筑、军事、国防等领域无论作为移动电源还是分布式电站都具有广阔的应用前景。因而,通过建模仿真与实验相结合的方法研究质子交换膜燃料电池系统的动态性能及其主要影响因素,对于质子交换膜燃料电池的推广应用具有重要的理论意义和现实意义。本文着眼于质子交换膜燃料电池系统,在对系统进行热力学能量分析和火用分析的基础上,分别建立了发电系统的热力学能量分析模型和火用分析模型,并借助Matlab的Simulink工具建立了系统的动态仿真模型。通过实验分析与动态仿真相结合的方法分析了系统在不同工作参数条件下的技术性能；研究了诸如温度、气体分压和阳极流量等工作参数对极化曲线、净电力产出、能效率和火用效率等系统技术性能的影响。实验结果表明,本文所提出的仿真模型的结果是可靠的,所建立模型是有效的。本研究的主要成果：(1)在对质子交换膜燃料电池发电系统的进行电化学分析、热力学分析的基础上建立了相应的电化学模型和热力学模型,并借助Matlab和Simulink建立了针对质子交换膜燃料电池系统的动态仿真模型,为研究系统的动态性能打下了基础；(2)研究了电池的极化现象,得到了电池的电压极化曲线。极化曲线表明活化电压损失在系统启动初始时刻时起主要作用,并使电池电压在初始时刻有一个骤降的过程。这一主要影响会在电流密度达到0.10 A/cm2时下降,而此时欧姆电压损失和浓度差电压损失会起主要作用；质子交换膜燃料电池由于存在一些很高的不可逆损失,所以使得系统的实际运行电压要比理论上的可逆电压低一些；(3)研究了电流密度、气体压强、工作温度等参数对质子交换膜燃料电池系统效率的影响,得到了相关的趋势与数据。模拟结果表明燃料电池技术性能会随着系统压强的增大和阳极流量的下降而提高。(4)采用多参数分析的方法,寻找出了温度、压强和阳极流量等工作参数的最优组合值,使系统在给定电流和负载和情况下其系统效率最大。本文的创新点：着眼于质子交换膜燃料电池系统,在对系统进行热力学能量分析和火用分析的基础上,分别建立了发电系统的热力学能量分析模型和火用分析模型,并借助Matlab的Simulink工具建立了系统的动态仿真模型,通过实验分析与动态仿真相结合的方法研究了质子交换膜燃料电池系统的动态性能。

质子交换膜燃料电池建模及动态仿真

内容摘要

全文目录

相似论文