水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统控制研究

发布时间：2024-01-20 07:33

　　能源危机和环境问题困扰着社会经济的发展,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有能量密度高、操作温度低、启动速度快和工作寿命长等优点,是一种将化学能转化为电能的设备,燃料为氢气,氧化剂为空气,通过电化学反应产生电能,具有广阔的应用前景。温度是影响水冷PEMFC系统输出性能的关键参数,一个合理的热管理系统可以保证系统在稳态和动态变载下温度的稳定,能够提高燃料电池系统性能,延长燃料电池的寿命。因此,对水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统进行研究具有重要意义。本文首先从燃料电池温度特性、电堆动态模型、热管理系统结构优化和控制策略改进等方面出发,介绍了水冷型质子交换膜燃料电池系统的研究现状,基于PEMFC的工作原理和实验数据建立了一个半机理半经验的电堆动态模型,通过仿真与实验对比验证了该模型能够较好地反应燃料电池在动态变载下输出电压和功率的动态响应特性,并基于电堆动态模型研究了燃料电池的温度特性,分析电堆温度变化对其输出性能的影响。其次,明确水冷PEMFC热管理系统的功能、目标和控制要求,对水冷PEMFC系统产热和散热过程进行热值...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 燃料电池温度特性
        1.2.2 PEMFC动态模型
        1.2.3 PEMFC热管理系统控制方法
    1.3 本文主要内容
    1.4 本文结构安排
第2章 质子交换膜燃料电池动态模型
    2.1 引言
    2.2 质子交换膜燃料电池工作原理
    2.3 质子交换膜燃料电池动态模型建立
        2.3.1 电堆模型
        2.3.2 空气供应系统模型
    2.4 PEMFC动态响应特性
    2.5 PEMFC温度特性
    2.6 本章小结
第3章 质子交换膜燃料电池热管理系统设计
    3.1 引言
    3.2 燃料电池热管理系统控制目标
    3.3 燃料电池系统热值分析
        3.3.1 燃料电池系统产热分析
        3.3.2 燃料电池系统散热分析
    3.4 热管理系统的结构
    3.5 热管理系统的控制策略
        3.5.1 传统热管理系统控制策略
        3.5.2 改进热管理系统控制策略
    3.6 本章小结
第4章 水冷型PEMFC热管理系统平台设计
    4.1 引言
    4.2 实验平台硬件设计
        4.2.1 控制和监控系统
        4.2.2 加热器
        4.2.3 散热器
        4.2.4 循环水泵
        4.2.5 节温器
    4.3 实验平台软件设计
        4.3.1 PLC软件控制流程
        4.3.2 人机界面软件设计
    4.4 OPC通讯技术在实验平台中的应用
    4.5 本章小结
第5章 水冷PEMFC热管理系统实验分析
    5.1 引言
    5.2 节温器对热管理系统的影响
        5.2.1 节温器对热管理系统影响分析
        5.2.2 节温器一进两出时热管理系统温度变化
        5.2.3 节温器两进一出时热管理系统温度变化
        5.2.4 两种安装方式温度变化对比
    5.3 热管理系统耦合性分析
    5.4 热管理系统控制策略实验研究
        5.4.1 传统温度控制策略实验
        5.4.2 流量跟随功率控制策略实验
        5.4.3 流量跟随电流控制策略实验
        5.4.4 控制策略实验对比
    5.5 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果



本文编号：3880435