学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
考虑水传输的质子交换膜燃料电池系统特性仿真研究
作 者: 陈伟
导 师: 韩吉田
学 校: 山东大学
专 业: 制冷及低温工程
关键词: PEMFC 仿真 动态 水传输 SIMULINK
分类号: TM911.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 99次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
随着全球经济的高速发展,人类正面临着日益严峻的能源危机和环境污染形势,开发环境友好的新能源利用技术已经成为新世纪世界各国必须解决的重大课题。质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为新一代的移动和固定电源技术,已经得到了世界范围内的高度关注。PEMFC是一种将蕴含在燃料和氧化剂内的化学能直接转换成电能的电化学发电装置,因其工作温度低、装置轻便噪音低、发电效率高、无污染等优点而在车辆动力电源、移动电源及分布式电站等方面具有非常广阔的应用前景。为了给PEMFC的实际应用提供理论指导和技术支持,必须对它进行系统的建模仿真和模拟分析。由于数学模型的精确程度直接影响到仿真模拟结果的应用价值,因此建立更加精确的数学模型成为课题研究的关键之一。论文简述了燃料电池的特点、分类和各种燃料电池的发展应用现状;着重介绍了PEMFC的工作原理和各个重要组成部件的工作机理和功能;并以此为基础对燃料电池数学模型的研究进行了综述,确定了课题研究的方向。以PEMFC的整体为研究对象,通过经验建模的方法建立了稳态、集总参数的PEMFC单电池数学模型。通过仿真得到了PEMFC单电池的输出特性参数与工作温度、电流密度之间的三维关系图,并以此为依据进一步分析了工作温度,反应气压力和电流密度等对于PEMFC性能的影响。在稳态集总参数模型、电化学模型和水传输模型的基础上,根据传热、传质方程和质量、能量守恒等原理建立了一个考虑水传输的非稳态PEMFC模型。分析了在反应气压力和电池工作温度恒定的情况下,负载的突变对单独的PEMFC电压、功率和效率的影响,指出PEMFC运行在欧姆极化区域中所对应的输出功率范围内比较合适,此时的输出特性比较稳定,输出电压波动不大。考虑了电池的温度、反应气压力和流量等因素,在负载电阻阶跃变化的情况下,仿真了了电池电压、温度、反应气流量以及压力、功率等的动态响应,并重点分析各种因素对电池温度的影响。结果显示为了使PEMFC发挥其最佳性能并提高使用寿命,必须在合适的温度下运行,需要对PEMFC进行冷却。描述了在阶跃负载下水蒸气的压力、流量、膜内水传输速度、质量和相对湿度的动态响应,分析了响应产生的影响因素和响应变化趋势的原因。由于水传输模块的引入,本模型相对于只考虑反应气体传质、传热的非稳态模型来说,该模型进一步提高了仿真的细致性和精确度,为PEMFC系统的实时控制和优化设计提供了一个有力的工具。
|
全文目录
摘要 8-10 ABSTRACT 10-12 重要符号说明 12-15 1 前言 15-21 1.1 引言 15-16 1.2 燃料电池特点与分类 16-19 1.2.1 燃料电池的特点 16-17 1.2.2 燃料电池的分类 17-19 1.3 本课题的意义与本文所做的工作 19-21 1.3.1 本课题的研究意义 19-20 1.3.2 本文所做的工作 20-21 2 PEMFC工作原理及组成 21-28 2.1 PEMFC工作原理 21-22 2.2 PEMFC的基本组成结构与氢源 22-27 2.2.1 质子交换膜 22-24 2.2.2 电极 24-25 2.2.3 三合一膜电极组(MEA) 25 2.2.4 电催化剂 25-26 2.2.5 双极板与流场 26 2.2.6 PEMFC的氢源 26-27 2.3 本章小结 27-28 3 PEMFC数学模型综述 28-36 3.1 PEMFC机理模型简述 28-32 3.1.1 电极模型简述 29-30 3.1.2 质子交换膜模型简述 30 3.1.3 流场模型简述 30-31 3.1.4 单电池模型 31-32 3.2 PEMFC经验模型简述 32-33 3.3 PEMFC动态模型 33-35 3.3.1 单电池动态模型 33-34 3.3.2 系统动态模型 34-35 3.4 本章小结 35-36 4 PEMFC稳态模型的建立 36-56 4.1 引言 36 4.2 模型的基本假设 36 4.3 模型的建立 36-42 4.3.1 燃料电池的能斯特电压 37-39 4.3.2 活化过电压 39-41 4.3.3 欧姆过电压 41-42 4.3.4 浓差过电压 42 4.3.5 输出电压 42 4.4 PEMFC仿真模型的建立 42-45 4.5 仿真运行与结果分析 45-55 4.5.1 输入输出设计 45 4.5.2 仿真结果与分析 45-55 4.6 本章小结 55-56 5 考虑水传输的PEMFC动态模型的建立 56-85 5.1 引言 56 5.2 电化学动态模型 56-61 5.3 考虑水传输的PEMFC动态模型模型的建立 61-68 5.3.1 质子交换膜水传输模型 61-63 5.3.2 阳极控制体模型 63-65 5.3.3 阴极控制体模型 65-67 5.3.4 电池堆控制体模型 67-68 5.4 考虑水传输的PEMFC动态模型模型的仿真运行与结果分析 68-83 5.4.1 模型的simulink仿真实现 68-73 5.4.2 模型仿真运行与结果分析 73-83 5.5 本章小结 83-85 6 总结与展望 85-87 参考文献 87-91 致谢 91-92 攻读学位期间发表的学术论文 92-93 学位论文评阅及答辩情况表 93
|
相似论文
- 高动态GNSS软件接收机载波跟踪算法研究,P228.4
- 微细线切割往复走丝机构的设计及控制系统的研究,TG484
- 液力减速器制动性能及用于飞机拦阻的仿真研究,TH137.331
- 基于直接侧向力/气动力复合控制的姿态控制律设计,V249.1
- 基于陀螺和星敏感器的卫星姿态确定研究,V448.2
- 基于多Agent理论的卫星协同定轨技术研究,V474
- 空间交会对接控制方法的研究,V526
- 列车动态监控系统的研究,U284.48
- 船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制,U666.152
- 碾压混凝土拱坝温度应力仿真分析与分缝设计研究,TV642.2
- 基于精细积分法的电力系统动态电压稳定仿真研究,TM712
- 开关磁阻发电机供电系统仿真分析,TM31
- 电动车用复合结构永磁同步电机系统的仿真研究,TM341
- HID灯整流效应的研究,TM923.32
- 多端口网络通信平台的设计与实现,TN929.5
- 导弹虚拟试验可视化技术研究,TP391.9
- 空中目标与背景的红外图像仿真技术研究,TP391.41
- 森林防火系统中图像识别算法的研究,TP391.41
- 基于物理模型的真实感流体实时仿真技术,TP391.41
- 星载高光谱传感器模拟仿真系统研究,TP391.9
- 仿真系统模型验证方法和工具研究,TP391.9
中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
© 2012 www.xueweilunwen.com
|