水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统研究

发布时间：2017-05-25 20:05

  本文关键词：水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)因其具有低噪音、零污染、长寿命、输出电流大、工作温度低、能量效率高、启动快等优点而逐渐受到人们的关注。然而燃料电池的输出性能受到了许多因素的影响,其中温度对整个系统的影响尤其重要。一个合理的热管理系统能提高电池性能、改善电池寿命,反之,不当的热管理则会造成PEMFC的输出性能降低、影响PEMFC的寿命,甚至引起实验安全事故。因此,对水冷型质子交换膜燃料电池的热管理系统进行研究有着重要的意义。本文从燃料电池的温度特性、温度仿真模型、控制方法以及整个系统为出发点,分析了水冷型质子交换膜燃料电池系统在国内外的研究现状,并基于燃料电池的工作原理和实验数据建立了水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统模型,并通过实验验证所建的模型具有较好的其稳态和动态特性。其次,基于水冷型燃料电池热管理技术要求,对电池热管理系统进行结构和控制策略上的设计,针对传统的结构和控制策略的不足提出一种新的结构和基于气体压力的控制策略,并利用仿真和实验分析解决了传统上温度波动、系统耦合等缺点。最后,基于数据采集卡和LabVIEW平台设计并搭建整个水冷型PEMFC系统测试平台,其主要由氢气供应系统、氧气供应系统、热管理系统、单片采集系统、阳极背压系统等其他子系统组成,能根据操作要求设置整个系统的操作参数,同时提供良好的监控界面用以临测质子交换膜燃料电池系统的工作状态,调整各种运行参数,处理出现的不同紧急情况。并将燃料电池机车的实际工况在测试平台上进行模拟,分析整个运行状态,为研究燃料电池机车系统提供依据。
【关键词】：质子交换膜燃料电池 热管理 系统模型 控制策略 测试系统 燃料电池机车
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 课题研究来源11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.3.1 温度对PEMFC特性的影响11-12
• 1.3.2 PEMFC模型12-13
• 1.3.3 PEMFC温度控制方法13
• 1.3.4 PEMFC系统13-14
• 1.4 主要工作14-16
• 1.4.1 本文主要研究内容14-15
• 1.4.2 本文篇章结构15-16
• 第2章 质子交换膜燃料电池热管理系统建模16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 质子交换膜燃料电池16-18
• 2.2.1 质子交换膜燃料电池工作原理16-17
• 2.2.2 质子交换膜燃料电池的温度特性17-18
• 2.3 热管理系统模型18-26
• 2.3.1 产热模型19-23
• 2.3.2 散热模型23-26
• 2.4 模型验证分析26-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 质子交换膜燃料电池系统热管理系统设计31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 水冷型质子交换膜燃料电池热管理技术31-32
• 3.2.1 热管理系统的功能及目标31
• 3.2.2 热管理系统控制要求31-32
• 3.3 燃料电池热管理系统计算分析与设备选型32-35
• 3.3.1 热源分析32-33
• 3.3.2 设备选型33-35
• 3.4 燃料电池系统热管理系统结构设计35-37
• 3.5 热管理系统控制策略设计37-46
• 3.5.1 控制策略37-40
• 3.5.2 仿真分析40-42
• 3.5.3 实验对比42-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 水冷型PEMFC系统平台设计47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 系统结构设计47-52
• 4.2.1 氢气供给系统47-48
• 4.2.2 空气供给系统48
• 4.2.3 热管理系统48
• 4.2.4 气体加热加湿系统48-49
• 4.2.5 阳极背压系统49
• 4.2.6 单片电压采集系统49
• 4.2.7 报警系统49-50
• 4.2.8 控制系统50-52
• 4.3 上位机软件设计52-57
• 4.3.1 系统控制流程52-56
• 4.3.2 系统控制程序56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 燃料电池热管理系统实际工况测试分析58-63
• 5.1 引言58
• 5.2 实际工况参数58
• 5.3 实验结果分析58-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论及展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间的论文及专利69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 田玉冬,朱新坚,曹广益;基于预测控制的燃料电池温度控制系统的建模[J];移动电源与车辆;2003年04期

2 史浩儒;;美国新能源发展现状及其挑战[J];中外企业家;2011年20期

  本文关键词：水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：394830