质子交换膜燃料电池气体供应系统控制研究
发布时间：2021-02-15 02:14
燃料电池是一种直接将化学能转换为电能的发电装置,具有发电高效、环境友好等特点,应用前景非常广阔。质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）作为新一代燃料电池,不仅可以与太阳能、风能或者其它能源实现可持续能源互补,而且具有能量转化率高、低温运行、无污染、无噪音、使用灵活等优点,适用于分布式电站、电动汽车和偏远地区的供电。但是,寿命短和高成本等问题严重制约着PEMFC的商业化推广。PEMFC气体供应系统作为PEMFC的重要部分,对燃料电池的寿命和输出性能有重要影响,即在负载变动下,电堆内部气体压力会随之发生变化,所形成的压力差会对质子交换膜造成不可逆转的损坏,并造成输出电压不稳定和燃料电池的效率下降等问题。本文针对PEMFC气体供应系统的非线性和强耦合性以及传统控制方法的控制效果不理想的问题,对PEMFC气体供应系统进行智能解耦控制研究,主要内容如下:首先,本文概述了PEMFC系统的发展过程与研究现状,介绍了PEMFC系统各基本部件的基本结构、工作原理与控制策略,以及PEMFC在燃料电池混合动力系统中的应用状况。基于PEMFC系统...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同氢气条件下PEMFC性能
第二章PEMFC气体供应系统15图2-4不同氢气条件下PEMFC性能图由图2-4可知，在其他运行环境不变的情况下，通过模拟提高风机转速并改变气体的化学计量比来增加空气压力，对燃料电池电堆的输出电压增大有明显影响。除了进堆空气压力这个因素之外，在PEMFC的阴极，影响电堆性能的因素还有一下几种：空气供给不足，极大的降低电化学反应速率，造成电池“挨饿”；在大功率燃料电池运行中，空气供给不足，会破坏电堆内部气体扩散和水分子扩散的动态平衡，加重浓差极化现象；在加湿过程中和电化学反应中生成的水，如果不及时排出，会造成燃料电池水淹现象。针对上述不利因素，实验发现，适当增加空气和氢气的压力，有利于多余水的及时排除，使气体能更有效的参加电化学反应。2.4本章小结本章首先对PEMFC在混合动力系统中的应用进行了简要介绍，然后，基于对PEMFC气体供应系统的基本结构和工作原理的概述，对PEMFC阴极和阳极气体压强对燃料电池输出性能的影响进行仿真实验和结果分析。通过仿真实验可得，在本文所设条件下，在一定范围内，PEMFC阴极气体压强和阳极气体压强的增加对燃料电池性能有积极影响，其中，阴极气体压强增加对燃料电池输出性能的影响较明显。最后，基于对PEMFC的安全性和性能的综合考虑，选取最合适的两极气体压强值为3atm。
昆明理工大学专业学位硕士学位论文26图3-2PEMFC输出电压模块结构框图根据式(3-26)~(3-30)所示的PEMFC状态方程，以氢气流量，氧气流量为输入变量，输出电流为扰动量，以氧气压强和氢气压强为输出量，模拟出PEMFC气体供给系统的动态变化。图3-3PEMFC阴极气体状态模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池系统空气供应内模解耦控制器设计[J]. 陈凤祥,陈兴. 同济大学学报(自然科学版). 2016(12)
[2]水冷型质子交换膜燃料电池温度控制策略[J]. 陈维荣,李艳昆,李岩,赵兴强. 西南交通大学学报. 2015(03)
[3]高压燃料电池系统空气供应解耦控制器设计[J]. 陈凤祥,陈俊坚,许思传,章桐. 同济大学学报(自然科学版). 2014(07)
[4]熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机混合发电系统的温度解耦控制[J]. 杨帆,李浩. 上海电力学院学报. 2012(04)
[5]PEMFC阴极系统的混合智能PID解耦控制器设计[J]. 张颖颖,李曦,张颖,侯广利,孙继昌. 电源技术. 2011(08)
[6]PEMFC水管理模型及控制[J]. 张培昌,阎群,余达太. 系统仿真学报. 2010(08)
[7]PEMFC电源系统及应用前景[J]. 吴团结,范永江,李景. 电气技术. 2009(08)
[8]车用PEMFC空气供给系统建模与模糊PID控制研究[J]. 张天贺,全书海,张立炎,潘牧. 系统仿真技术. 2007(04)
[9]遗传算法在试题组卷中的应用研究[J]. 俞益飞,王训杰. 江西蓝天学院学报. 2006(04)
[10]储氢研究进展[J]. 许炜,陶占良,陈军. 化学进展. 2006(Z1)
博士论文
[1]一些典型燃料电池阴极催化剂稳定性与活性的第一原理研究[D]. 张晓明.吉林大学 2016
[2]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
[3]基于智能方法的熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机联合发电系统的建模与控制研究[D]. 陈跃华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]基于内阻检测的PEMFC温湿度特性及控制规则研究[D]. 陶泽炎.中国计量大学 2016
[2]银基陶瓷复合电极的电性能及其在固体氧化物燃料电池中的应用研究[D]. 余亮.华南理工大学 2016
[3]碱性燃料电池用多氟聚噁二唑芳醚阴离子交换膜的制备与表征[D]. 胡群辉.湘潭大学 2012
[4]PEMFC混合动力系统开发及燃料气体压强非线性控制研究[D]. 杨顺风.西南交通大学 2010
[5]燃料电池电动汽车多能源匹配与自适应控制研究[D]. 夏建军.武汉理工大学 2007
[6]基于模拟退火遗传算法的管网优化设计方法的研究[D]. 徐刚.西南交通大学 2005
本文编号：3034247
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同氢气条件下PEMFC性能
第二章PEMFC气体供应系统15图2-4不同氢气条件下PEMFC性能图由图2-4可知，在其他运行环境不变的情况下，通过模拟提高风机转速并改变气体的化学计量比来增加空气压力，对燃料电池电堆的输出电压增大有明显影响。除了进堆空气压力这个因素之外，在PEMFC的阴极，影响电堆性能的因素还有一下几种：空气供给不足，极大的降低电化学反应速率，造成电池“挨饿”；在大功率燃料电池运行中，空气供给不足，会破坏电堆内部气体扩散和水分子扩散的动态平衡，加重浓差极化现象；在加湿过程中和电化学反应中生成的水，如果不及时排出，会造成燃料电池水淹现象。针对上述不利因素，实验发现，适当增加空气和氢气的压力，有利于多余水的及时排除，使气体能更有效的参加电化学反应。2.4本章小结本章首先对PEMFC在混合动力系统中的应用进行了简要介绍，然后，基于对PEMFC气体供应系统的基本结构和工作原理的概述，对PEMFC阴极和阳极气体压强对燃料电池输出性能的影响进行仿真实验和结果分析。通过仿真实验可得，在本文所设条件下，在一定范围内，PEMFC阴极气体压强和阳极气体压强的增加对燃料电池性能有积极影响，其中，阴极气体压强增加对燃料电池输出性能的影响较明显。最后，基于对PEMFC的安全性和性能的综合考虑，选取最合适的两极气体压强值为3atm。
昆明理工大学专业学位硕士学位论文26图3-2PEMFC输出电压模块结构框图根据式(3-26)~(3-30)所示的PEMFC状态方程，以氢气流量，氧气流量为输入变量，输出电流为扰动量，以氧气压强和氢气压强为输出量，模拟出PEMFC气体供给系统的动态变化。图3-3PEMFC阴极气体状态模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池系统空气供应内模解耦控制器设计[J]. 陈凤祥,陈兴. 同济大学学报(自然科学版). 2016(12)
[2]水冷型质子交换膜燃料电池温度控制策略[J]. 陈维荣,李艳昆,李岩,赵兴强. 西南交通大学学报. 2015(03)
[3]高压燃料电池系统空气供应解耦控制器设计[J]. 陈凤祥,陈俊坚,许思传,章桐. 同济大学学报(自然科学版). 2014(07)
[4]熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机混合发电系统的温度解耦控制[J]. 杨帆,李浩. 上海电力学院学报. 2012(04)
[5]PEMFC阴极系统的混合智能PID解耦控制器设计[J]. 张颖颖,李曦,张颖,侯广利,孙继昌. 电源技术. 2011(08)
[6]PEMFC水管理模型及控制[J]. 张培昌,阎群,余达太. 系统仿真学报. 2010(08)
[7]PEMFC电源系统及应用前景[J]. 吴团结,范永江,李景. 电气技术. 2009(08)
[8]车用PEMFC空气供给系统建模与模糊PID控制研究[J]. 张天贺,全书海,张立炎,潘牧. 系统仿真技术. 2007(04)
[9]遗传算法在试题组卷中的应用研究[J]. 俞益飞,王训杰. 江西蓝天学院学报. 2006(04)
[10]储氢研究进展[J]. 许炜,陶占良,陈军. 化学进展. 2006(Z1)
博士论文
[1]一些典型燃料电池阴极催化剂稳定性与活性的第一原理研究[D]. 张晓明.吉林大学 2016
[2]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
[3]基于智能方法的熔融碳酸盐燃料电池/微型燃气轮机联合发电系统的建模与控制研究[D]. 陈跃华.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]基于内阻检测的PEMFC温湿度特性及控制规则研究[D]. 陶泽炎.中国计量大学 2016
[2]银基陶瓷复合电极的电性能及其在固体氧化物燃料电池中的应用研究[D]. 余亮.华南理工大学 2016
[3]碱性燃料电池用多氟聚噁二唑芳醚阴离子交换膜的制备与表征[D]. 胡群辉.湘潭大学 2012
[4]PEMFC混合动力系统开发及燃料气体压强非线性控制研究[D]. 杨顺风.西南交通大学 2010
[5]燃料电池电动汽车多能源匹配与自适应控制研究[D]. 夏建军.武汉理工大学 2007
[6]基于模拟退火遗传算法的管网优化设计方法的研究[D]. 徐刚.西南交通大学 2005
本文编号：3034247
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