燃料电池空气进给系统建模与控制

发布时间：2021-02-26 05:51

　　近些年来,随着汽车的普及,中国面临的环境与能源问题越来越严重,为推动大气污染防治,同时缓解能源危机,大力发展可再生能源是根本,发展新能源汽车是有力举措,其中的发电装置燃料电池是一种将燃料（如甲醇、氢气等）的化学能转化为电能的电化学装置,是对人类社会产生重大影响的高新科技之一。燃料电池主要由两部分组成,一是燃料电池的核心即电堆,二是维持电堆正常工作的外围系统,二者协调工作维持然燃料电池的正常工作。其中燃料电池系统主要包括供气与吹扫系统,水热管理系统,功率调节系统等。本文针对燃料电池空气进给系统,以空压机转速,供气管路气压,电堆气压以及氧气分压四个状态变量为基础,利用能量守恒方程、理想气体方程以及燃料电池的工作机理建立空气进给系统的数学模型,对其中核心部件空气压缩机进行流量特性以及功率的测定,并利用matlab拟合其特性曲线,从而建立完整的空气进给系统模型。在所建立模型的基础上,通过分析功率曲线得到氧气过量比维持在2附近可以得到系统的最佳效率。最后设计三种控制算法,即PID、无约束动态矩阵控制和约束动态矩阵控制,分别对空气进给系统进行调控,并在simulink中进行仿真。通过观测三种控制下... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

世界各国石油储量

才能从根本上减少石油所带来的环境污染问题，才能深刻贯实五大理念中的绿色理念。图1-2 我国原油消耗量和对外依存度发展新能源汽车以及利用可再生能源是解决目前问题的关键，而燃料电池作为当前新型发电而备受关注。近些年来，燃料电池行业飞速发展，各国均意识到新能源燃料电池的前景，当然中国也不例外。将燃料电池应用到汽车上成为各国主要的目标，近期，中国很可能在2019年落实“十城千辆”的燃料电池发展方案。韩国最近也发布打算在2022年投入2000台燃料电池公交，在今年打算用燃料电池汽车取代40辆燃油公交，还给驾驶燃料电池汽车的公司给予一定的补助；荷兰近期也将增加80量燃料电池汽车等等[12]。可以看出，目前各国都已经意识到日益严峻的环境污染问题

燃料电池是一种能量转换器，其在某些方面类似于电池，具有电解质、负极和正极，并通过电化学反应来产生直流电。然而，与电池不同的是，燃料电池需要恒定的燃料和氧化剂供应，而且，燃料电池中的电极不会发生化学变化电池是通过其内部材料发生电化学反应来产生电能。其基本原理如图 1-3 所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池关键材料的研究现状与进展[J]. 贾双珠,李会勇,李长安,解田,周静.  化工新型材料. 2019(02)
[2]燃料电池汽车动力系统测试平台的设计与验证[J]. 柴华,章桐,陈觉晓,高海宇.  汽车技术. 2019(01)
[3]质子交换膜燃料电池热管理技术的进展[J]. 刘波,赵锋,李骁.  电池. 2018(03)
[4]PEM燃料电池技术发展及应用[J]. 伍辉.  广东化工. 2018(06)
[5]质子交换膜燃料电池水管理动态模型研究[J]. 陈海辉,郭秀艳,曾莹莹,马国金.  材料导报. 2017(05)
[6]PEM燃料电池阴极气体建模仿真研究[J]. 顾偲雯,赵志刚.  计算机仿真. 2015(01)
[7]基于LPV模型的燃料电池空气进气系统控制[J]. 沈烨烨,陈雪兰,谢磊,李修亮,吴禹,赵路军.  化工学报. 2013(12)
[8]基于电流调节的燃料电池发动机过氧比波动研究[J]. 周苏,纪光霁,刘冀晨,胡哲.  上海交通大学学报. 2012(11)
[9]PEMFC空气供应系统的建模、仿真与控制[J]. 全书海,张天贺,张立炎.  武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2007(10)
[10]质子交换膜燃料电池稳态模型及仿真[J]. 周洁,曹广益.  计算机仿真. 2007(08)

博士论文
[1]质子交换膜燃料电池温度控制研究[D]. 程思亮.清华大学 2017

硕士论文
[1]质子交换膜燃料电池水管理模型研究[D]. 王忠豪.重庆理工大学 2018
[2]燃料电池进气系统控制[D]. 王凡.浙江大学 2016
[3]质子交换膜燃料电池空气供给系统建模与分析[D]. 杨晴霞.河南科技大学 2013



本文编号：3052150