燃料电池输出特性建模与实验分析
发布时间：2021-02-18 02:52
能源紧缺与环境污染已成为人类社会亟待解决的两大议题。质子交换膜燃料电池（PEMFC）及钒液流电池以能量转换效率高、对环境友好等特点成为目前燃料电池领域备受青睐的两类产品。但这两类燃料电池也存在非线性、强耦合性及大滞后性等特点,对其大规模商业化造成了较大的阻碍,故十分有必要针对这两类燃料电池的输出特性开展深入研究,以期提高电池的性能,从而推动其商业化进程,使之能够更好地助力人类社会发展。本文首先介绍了PEMFC的结构及工作特点,依据电化学热力学和电极过程动力学原理对PEMFC的输出特性展开了分析,从水-热平衡管理的角度对PEMFC输出性能的重要影响加以讨论,并分析了钒液流电池的工作原理和特点。对这两类燃料电池进行建模与仿真分析,有利于后续对其输出特性进行深入分析和控制策略优化。本文以PEMFC的机理模型为基础,建立了包含电压输出模型、热力学模型以及气体分压模型的PEMFC单电池动态模型,并基于Matlab/Simulink平台进行了负载阶跃变化情况下的动态特性仿真。依据钒液流电池的开路电压模型、欧姆内阻模型与极化过电势模型搭建了基于Matlab/Simulink平台的钒液流单电池模型,进...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池的发展历程
1.3 国内外研究现状
1.3.1 钒液流电池电解液流速控制策略研究现状
1.3.2 质子交换膜燃料电池系统输出特性研究现状
1.3.3 燃料电池系统模型研究现状
1.4 本论文研究意义及主要工作
第2章 燃料电池输出特性研究
2.1 PEMFC工作原理概述
2.2 PEMFC输出特性研究
2.2.1 PEMFC电化学热力学
2.2.2 PEMFC电极过程动力学
2.3 水-热管理对PEMFC输出特性的影响
2.3.1 水平衡管理对PEMFC输出特性的影响
2.3.2 热平衡管理对PEMFC输出特性的影响
2.4 钒液流电池工作原理概述
2.5 本章小结
第3章 燃料电池建模与仿真分析
3.1 PEMFC动态建模
3.1.1 PEMFC电压动态模型
3.1.2 PEMFC热力学动态模型
3.1.3 PEMFC气体分压动态模型
3.2 PEMFC系统SIMULINK建模与仿真
3.3 钒液流电池建模
3.3.1 钒液流电池开路电压模型
3.3.2 钒液流电池欧姆内阻模型
3.3.3 钒液流电池极化过电势模型
3.4 钒液流电池SIMULINK建模与仿真
3.5 本章小结
第4章 钒液流电池电解液流速控制策略研究
4.1 原理分析
4.2 实验系统与方案
4.2.1 实验平台搭建
4.2.2 实验方案
4.3 实验结果与分析
4.3.1 钒液流单电池荷电状态校验
4.3.2 脉动供液下钒液流电池的响应
4.3.3 脉动供液控制策略影响的分析
4.4 电解液流速对电池性能的影响与分析
4.5 本章小结
第5章 多方向空气流动对PEMFC输出特性影响的实验研究
5.1 PEMFC阴极风扇系统分析
5.2 理论分析
5.3 实验测试
5.3.1 实验参数设置
5.3.2 多流向空气流速的测试
5.3.3 实验方案
5.4 实验结果与分析
5.4.1 不同工况下空气流速的分布
5.4.2 侧面开口宽度对PEMFC温度与输出性能的影响
5.4.3 风扇工作电压对PEMFC温度与输出性能的影响
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
【参考文献】：
期刊论文
[1]空冷型PEMFC电堆阴极风扇系统实验与模拟[J]. 卜庆元,李奇,陈维荣,陈冬浩,韩明. 化工学报. 2015(10)
[2]全钒液流电池用离子交换膜的研究进展[J]. 李彦,徐铜文. 化工学报. 2015(09)
[3]全钒液流电池技术最新研究进展[J]. 张华民,王晓丽. 储能科学与技术. 2013(03)
[4]质子交换膜燃料电池阴极风扇系统实验研究[J]. 朱星光,贾秋红,陈唐龙,韩明,邓斌. 中国电机工程学报. 2013(11)
[5]质子交换膜燃料电池综合动态模型分析[J]. 陈维荣,张瀚月,李奇. 西南交通大学学报. 2012(06)
[6]质子交换膜燃料电池的脉动进氢实验[J]. 汪小姗,张锦芳,张财智,韩明. 化工学报. 2012(01)
[7]全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的稳定性[J]. 赵成明,谢晓峰,王金海,王树博,尚玉明,王要武. 化工学报. 2011(S2)
[8]空冷型质子交换膜燃料电池堆最优性能输出控制[J]. 卫东,郑东,褚磊民. 化工学报. 2010(05)
[9]质子交换膜燃料电池动态特性建模及其控制[J]. 李奇,陈维荣,贾俊波,湛耀添,韩明. 西南交通大学学报. 2009(04)
[10]质子交换膜燃料电池动态响应建模与仿真研究[J]. 李奇,陈维荣,贾俊波,湛耀添,韩明. 系统仿真学报. 2009(11)
博士论文
[1]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
[2]质子交换膜燃料电池水管理的实验与模拟[D]. 陈士忠.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统研究[D]. 赵兴强.西南交通大学 2015
[2]自增湿阴极开放式PEMFC输出特性实验分析及动态建模[D]. 赵思臣.西南交通大学 2014
[3]燃料电池温度控制研究[D]. 李洁.武汉理工大学 2014
[4]全钒液流电池储能系统仿真建模及其应用研究[D]. 尹丽.湖南大学 2014
[5]质子交换膜燃料电池供气系统控制策略研究[D]. 张浩琛.兰州理工大学 2013
[6]质子交换膜燃料电池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大学 2013
[7]新型钒液流电池高可靠性监控系统的研究与开发[D]. 崔玉书.华北电力大学 2013
[8]电动汽车动力锂电池散热结构设计与冷却系统仿真[D]. 钱舜田.浙江工业大学 2013
[9]PEMFC最大功率跟踪研究[D]. 汪小姗.西南交通大学 2012
[10]质子交换膜燃料电池水热管理系统模拟研究[D]. 刘小波.华南理工大学 2010
本文编号：3038927
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池的发展历程
1.3 国内外研究现状
1.3.1 钒液流电池电解液流速控制策略研究现状
1.3.2 质子交换膜燃料电池系统输出特性研究现状
1.3.3 燃料电池系统模型研究现状
1.4 本论文研究意义及主要工作
第2章 燃料电池输出特性研究
2.1 PEMFC工作原理概述
2.2 PEMFC输出特性研究
2.2.1 PEMFC电化学热力学
2.2.2 PEMFC电极过程动力学
2.3 水-热管理对PEMFC输出特性的影响
2.3.1 水平衡管理对PEMFC输出特性的影响
2.3.2 热平衡管理对PEMFC输出特性的影响
2.4 钒液流电池工作原理概述
2.5 本章小结
第3章 燃料电池建模与仿真分析
3.1 PEMFC动态建模
3.1.1 PEMFC电压动态模型
3.1.2 PEMFC热力学动态模型
3.1.3 PEMFC气体分压动态模型
3.2 PEMFC系统SIMULINK建模与仿真
3.3 钒液流电池建模
3.3.1 钒液流电池开路电压模型
3.3.2 钒液流电池欧姆内阻模型
3.3.3 钒液流电池极化过电势模型
3.4 钒液流电池SIMULINK建模与仿真
3.5 本章小结
第4章 钒液流电池电解液流速控制策略研究
4.1 原理分析
4.2 实验系统与方案
4.2.1 实验平台搭建
4.2.2 实验方案
4.3 实验结果与分析
4.3.1 钒液流单电池荷电状态校验
4.3.2 脉动供液下钒液流电池的响应
4.3.3 脉动供液控制策略影响的分析
4.4 电解液流速对电池性能的影响与分析
4.5 本章小结
第5章 多方向空气流动对PEMFC输出特性影响的实验研究
5.1 PEMFC阴极风扇系统分析
5.2 理论分析
5.3 实验测试
5.3.1 实验参数设置
5.3.2 多流向空气流速的测试
5.3.3 实验方案
5.4 实验结果与分析
5.4.1 不同工况下空气流速的分布
5.4.2 侧面开口宽度对PEMFC温度与输出性能的影响
5.4.3 风扇工作电压对PEMFC温度与输出性能的影响
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
【参考文献】：
期刊论文
[1]空冷型PEMFC电堆阴极风扇系统实验与模拟[J]. 卜庆元,李奇,陈维荣,陈冬浩,韩明. 化工学报. 2015(10)
[2]全钒液流电池用离子交换膜的研究进展[J]. 李彦,徐铜文. 化工学报. 2015(09)
[3]全钒液流电池技术最新研究进展[J]. 张华民,王晓丽. 储能科学与技术. 2013(03)
[4]质子交换膜燃料电池阴极风扇系统实验研究[J]. 朱星光,贾秋红,陈唐龙,韩明,邓斌. 中国电机工程学报. 2013(11)
[5]质子交换膜燃料电池综合动态模型分析[J]. 陈维荣,张瀚月,李奇. 西南交通大学学报. 2012(06)
[6]质子交换膜燃料电池的脉动进氢实验[J]. 汪小姗,张锦芳,张财智,韩明. 化工学报. 2012(01)
[7]全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的稳定性[J]. 赵成明,谢晓峰,王金海,王树博,尚玉明,王要武. 化工学报. 2011(S2)
[8]空冷型质子交换膜燃料电池堆最优性能输出控制[J]. 卫东,郑东,褚磊民. 化工学报. 2010(05)
[9]质子交换膜燃料电池动态特性建模及其控制[J]. 李奇,陈维荣,贾俊波,湛耀添,韩明. 西南交通大学学报. 2009(04)
[10]质子交换膜燃料电池动态响应建模与仿真研究[J]. 李奇,陈维荣,贾俊波,湛耀添,韩明. 系统仿真学报. 2009(11)
博士论文
[1]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
[2]质子交换膜燃料电池水管理的实验与模拟[D]. 陈士忠.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统研究[D]. 赵兴强.西南交通大学 2015
[2]自增湿阴极开放式PEMFC输出特性实验分析及动态建模[D]. 赵思臣.西南交通大学 2014
[3]燃料电池温度控制研究[D]. 李洁.武汉理工大学 2014
[4]全钒液流电池储能系统仿真建模及其应用研究[D]. 尹丽.湖南大学 2014
[5]质子交换膜燃料电池供气系统控制策略研究[D]. 张浩琛.兰州理工大学 2013
[6]质子交换膜燃料电池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大学 2013
[7]新型钒液流电池高可靠性监控系统的研究与开发[D]. 崔玉书.华北电力大学 2013
[8]电动汽车动力锂电池散热结构设计与冷却系统仿真[D]. 钱舜田.浙江工业大学 2013
[9]PEMFC最大功率跟踪研究[D]. 汪小姗.西南交通大学 2012
[10]质子交换膜燃料电池水热管理系统模拟研究[D]. 刘小波.华南理工大学 2010
本文编号：3038927
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huagong/3038927.html