水冷燃料电池运行控制研究

发布时间：2024-04-24 00:33

　　为解决日益增长的能源需求与环境污染、全球变暖、资源匮乏之间的矛盾,研究人员逐渐将目光转向可再生清洁能源尤其是氢能的开发与利用。质子交换膜燃料电池是一种在常温下不通过燃烧即可将氢能转化为电能且无污染物生成的装置,相比传统储能与发电装置具有更高的能量转换效率与能量密度。由于燃料电池具有强烈非线性与多状态量的强耦合性,在负载大范围波动时输出变化较为缓慢,燃料电池系统的运行控制与优化已成为现阶段新能源技术领域的研究热点之一。本文针对大功率水冷燃料电池多目标多参数快速反应的控制要求,提出了具有较快调节速度的系统运行控制策略。本文首先采取机理与经验建模相结合的方式,在一维方向上建立了燃料电池系统的等温两相模型及辅助系统模型。该模型可模拟氢气、氮气、氧气、水蒸气等混合气体在阴极、阳极及管路中的传输、反应、循环过程,水蒸气的跨膜渗透和相变过程与电堆静态、动态性能。其次基于上述模型,本文分别提出了基于卡尔曼滤波器的线性最优控制与基于线性拓展观测器的二阶滑模超螺旋非线性控制两种控制算法,通过Matlab/Simulink仿真验证了两种算法各具优越性,并与传统PID控制相比调节时间缩短约30%。最后本文以S...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２」电池单体结构示意图??氢气在阳极催化剂层失去电子分解为两个质子，其化学表达式为：??

浙江大学硕士学位论文?第２章质子膜燃料电池系统建模??第２章质子膜燃料电池系统建模??２．１系统概述??大型水冷燃料电池系统由燃料电池电堆和辅助配套设施两部分构成，辅助设??备按功能性划分，主要包括氢气供给、空气供给、湿度管理与温度管理四个子系??统，管理反应物气体并去除水热副产....

图２．２典型燃料电池伏安特性曲线??

??燃料电池单体电池电压为ＩＶ左右，性能主要取决于电堆反应温度、反应气??体压力、反应气体化学计量比和反应气体相对湿度。使用过程中随负载电流上升，??电池会产生性能衰减，形成原因是电池内部极化反应加剧不可逆损失增加直??接表现为燃料电池伏安特性曲线呈曲线下降。典型的燃料电池伏安特....

图２．４燃料电池系统结构示意图??１１??

浙江大学硕士学位论文?第２章质子膜燃料电池系统建模??通过散热器风扇与空气产生强制对流，与周围环境进行热交换，冷却后再次进入??电堆进行循环。冷却剂采用去离子水，防止冷却水流道中的离子导电引起电堆电??化学反应速率下降。??２．１．３系统设计与仪表选型??根据混合动力系统功率需求....

图２．５?ＶＨＳ－２型供氢模块??

浙江大学硕士学位论文?第２章质子膜燃料电池系统建模??２．１．３．１氢气供给系统??根据巴拉德Ｖ４．２技术手册，电堆允许的最大工作压力为３．５ｂａｒ。氢气供给??系统中氢气由高压氢罐提供，经减压模块中的两级减压阀降压至２ｂａｒ，并通过??ＶＨＳ－２型供氢模块中的电磁阀、比例阀、压....

本文编号：3962970