燃料電池輸出特性建模與實驗分析
發(fā)布時間：2021-02-18 02:52
能源緊缺與環(huán)境污染已成為人類社會亟待解決的兩大議題。質子交換膜燃料電池（PEMFC）及釩液流電池以能量轉換效率高、對環(huán)境友好等特點成為目前燃料電池領域備受青睞的兩類產品。但這兩類燃料電池也存在非線性、強耦合性及大滯后性等特點,對其大規(guī)模商業(yè)化造成了較大的阻礙,故十分有必要針對這兩類燃料電池的輸出特性開展深入研究,以期提高電池的性能,從而推動其商業(yè)化進程,使之能夠更好地助力人類社會發(fā)展。本文首先介紹了PEMFC的結構及工作特點,依據(jù)電化學熱力學和電極過程動力學原理對PEMFC的輸出特性展開了分析,從水-熱平衡管理的角度對PEMFC輸出性能的重要影響加以討論,并分析了釩液流電池的工作原理和特點。對這兩類燃料電池進行建模與仿真分析,有利于后續(xù)對其輸出特性進行深入分析和控制策略優(yōu)化。本文以PEMFC的機理模型為基礎,建立了包含電壓輸出模型、熱力學模型以及氣體分壓模型的PEMFC單電池動態(tài)模型,并基于Matlab/Simulink平臺進行了負載階躍變化情況下的動態(tài)特性仿真。依據(jù)釩液流電池的開路電壓模型、歐姆內阻模型與極化過電勢模型搭建了基于Matlab/Simulink平臺的釩液流單電池模型,進...
【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 燃料電池的發(fā)展歷程
1.3 國內外研究現(xiàn)狀
1.3.1 釩液流電池電解液流速控制策略研究現(xiàn)狀
1.3.2 質子交換膜燃料電池系統(tǒng)輸出特性研究現(xiàn)狀
1.3.3 燃料電池系統(tǒng)模型研究現(xiàn)狀
1.4 本論文研究意義及主要工作
第2章 燃料電池輸出特性研究
2.1 PEMFC工作原理概述
2.2 PEMFC輸出特性研究
2.2.1 PEMFC電化學熱力學
2.2.2 PEMFC電極過程動力學
2.3 水-熱管理對PEMFC輸出特性的影響
2.3.1 水平衡管理對PEMFC輸出特性的影響
2.3.2 熱平衡管理對PEMFC輸出特性的影響
2.4 釩液流電池工作原理概述
2.5 本章小結
第3章 燃料電池建模與仿真分析
3.1 PEMFC動態(tài)建模
3.1.1 PEMFC電壓動態(tài)模型
3.1.2 PEMFC熱力學動態(tài)模型
3.1.3 PEMFC氣體分壓動態(tài)模型
3.2 PEMFC系統(tǒng)SIMULINK建模與仿真
3.3 釩液流電池建模
3.3.1 釩液流電池開路電壓模型
3.3.2 釩液流電池歐姆內阻模型
3.3.3 釩液流電池極化過電勢模型
3.4 釩液流電池SIMULINK建模與仿真
3.5 本章小結
第4章 釩液流電池電解液流速控制策略研究
4.1 原理分析
4.2 實驗系統(tǒng)與方案
4.2.1 實驗平臺搭建
4.2.2 實驗方案
4.3 實驗結果與分析
4.3.1 釩液流單電池荷電狀態(tài)校驗
4.3.2 脈動供液下釩液流電池的響應
4.3.3 脈動供液控制策略影響的分析
4.4 電解液流速對電池性能的影響與分析
4.5 本章小結
第5章 多方向空氣流動對PEMFC輸出特性影響的實驗研究
5.1 PEMFC陰極風扇系統(tǒng)分析
5.2 理論分析
5.3 實驗測試
5.3.1 實驗參數(shù)設置
5.3.2 多流向空氣流速的測試
5.3.3 實驗方案
5.4 實驗結果與分析
5.4.1 不同工況下空氣流速的分布
5.4.2 側面開口寬度對PEMFC溫度與輸出性能的影響
5.4.3 風扇工作電壓對PEMFC溫度與輸出性能的影響
5.5 本章小結
結論與展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]空冷型PEMFC電堆陰極風扇系統(tǒng)實驗與模擬[J]. 卜慶元,李奇,陳維榮,陳冬浩,韓明. 化工學報. 2015(10)
[2]全釩液流電池用離子交換膜的研究進展[J]. 李彥,徐銅文. 化工學報. 2015(09)
[3]全釩液流電池技術最新研究進展[J]. 張華民,王曉麗. 儲能科學與技術. 2013(03)
[4]質子交換膜燃料電池陰極風扇系統(tǒng)實驗研究[J]. 朱星光,賈秋紅,陳唐龍,韓明,鄧斌. 中國電機工程學報. 2013(11)
[5]質子交換膜燃料電池綜合動態(tài)模型分析[J]. 陳維榮,張瀚月,李奇. 西南交通大學學報. 2012(06)
[6]質子交換膜燃料電池的脈動進氫實驗[J]. 汪小姍,張錦芳,張財智,韓明. 化工學報. 2012(01)
[7]全釩氧化還原液流電池用石墨氈電極的穩(wěn)定性[J]. 趙成明,謝曉峰,王金海,王樹博,尚玉明,王要武. 化工學報. 2011(S2)
[8]空冷型質子交換膜燃料電池堆最優(yōu)性能輸出控制[J]. 衛(wèi)東,鄭東,褚磊民. 化工學報. 2010(05)
[9]質子交換膜燃料電池動態(tài)特性建模及其控制[J]. 李奇,陳維榮,賈俊波,湛耀添,韓明. 西南交通大學學報. 2009(04)
[10]質子交換膜燃料電池動態(tài)響應建模與仿真研究[J]. 李奇,陳維榮,賈俊波,湛耀添,韓明. 系統(tǒng)仿真學報. 2009(11)
博士論文
[1]質子交換膜燃料電池系統(tǒng)建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大學 2011
[2]質子交換膜燃料電池水管理的實驗與模擬[D]. 陳士忠.大連理工大學 2010
碩士論文
[1]水冷型質子交換膜燃料電池熱管理系統(tǒng)研究[D]. 趙興強.西南交通大學 2015
[2]自增濕陰極開放式PEMFC輸出特性實驗分析及動態(tài)建模[D]. 趙思臣.西南交通大學 2014
[3]燃料電池溫度控制研究[D]. 李潔.武漢理工大學 2014
[4]全釩液流電池儲能系統(tǒng)仿真建模及其應用研究[D]. 尹麗.湖南大學 2014
[5]質子交換膜燃料電池供氣系統(tǒng)控制策略研究[D]. 張浩琛.蘭州理工大學 2013
[6]質子交換膜燃料電池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大學 2013
[7]新型釩液流電池高可靠性監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 崔玉書.華北電力大學 2013
[8]電動汽車動力鋰電池散熱結構設計與冷卻系統(tǒng)仿真[D]. 錢舜田.浙江工業(yè)大學 2013
[9]PEMFC最大功率跟蹤研究[D]. 汪小姍.西南交通大學 2012
[10]質子交換膜燃料電池水熱管理系統(tǒng)模擬研究[D]. 劉小波.華南理工大學 2010
本文編號：3038927
【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 燃料電池的發(fā)展歷程
1.3 國內外研究現(xiàn)狀
1.3.1 釩液流電池電解液流速控制策略研究現(xiàn)狀
1.3.2 質子交換膜燃料電池系統(tǒng)輸出特性研究現(xiàn)狀
1.3.3 燃料電池系統(tǒng)模型研究現(xiàn)狀
1.4 本論文研究意義及主要工作
第2章 燃料電池輸出特性研究
2.1 PEMFC工作原理概述
2.2 PEMFC輸出特性研究
2.2.1 PEMFC電化學熱力學
2.2.2 PEMFC電極過程動力學
2.3 水-熱管理對PEMFC輸出特性的影響
2.3.1 水平衡管理對PEMFC輸出特性的影響
2.3.2 熱平衡管理對PEMFC輸出特性的影響
2.4 釩液流電池工作原理概述
2.5 本章小結
第3章 燃料電池建模與仿真分析
3.1 PEMFC動態(tài)建模
3.1.1 PEMFC電壓動態(tài)模型
3.1.2 PEMFC熱力學動態(tài)模型
3.1.3 PEMFC氣體分壓動態(tài)模型
3.2 PEMFC系統(tǒng)SIMULINK建模與仿真
3.3 釩液流電池建模
3.3.1 釩液流電池開路電壓模型
3.3.2 釩液流電池歐姆內阻模型
3.3.3 釩液流電池極化過電勢模型
3.4 釩液流電池SIMULINK建模與仿真
3.5 本章小結
第4章 釩液流電池電解液流速控制策略研究
4.1 原理分析
4.2 實驗系統(tǒng)與方案
4.2.1 實驗平臺搭建
4.2.2 實驗方案
4.3 實驗結果與分析
4.3.1 釩液流單電池荷電狀態(tài)校驗
4.3.2 脈動供液下釩液流電池的響應
4.3.3 脈動供液控制策略影響的分析
4.4 電解液流速對電池性能的影響與分析
4.5 本章小結
第5章 多方向空氣流動對PEMFC輸出特性影響的實驗研究
5.1 PEMFC陰極風扇系統(tǒng)分析
5.2 理論分析
5.3 實驗測試
5.3.1 實驗參數(shù)設置
5.3.2 多流向空氣流速的測試
5.3.3 實驗方案
5.4 實驗結果與分析
5.4.1 不同工況下空氣流速的分布
5.4.2 側面開口寬度對PEMFC溫度與輸出性能的影響
5.4.3 風扇工作電壓對PEMFC溫度與輸出性能的影響
5.5 本章小結
結論與展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果
【參考文獻】：
期刊論文
[1]空冷型PEMFC電堆陰極風扇系統(tǒng)實驗與模擬[J]. 卜慶元,李奇,陳維榮,陳冬浩,韓明. 化工學報. 2015(10)
[2]全釩液流電池用離子交換膜的研究進展[J]. 李彥,徐銅文. 化工學報. 2015(09)
[3]全釩液流電池技術最新研究進展[J]. 張華民,王曉麗. 儲能科學與技術. 2013(03)
[4]質子交換膜燃料電池陰極風扇系統(tǒng)實驗研究[J]. 朱星光,賈秋紅,陳唐龍,韓明,鄧斌. 中國電機工程學報. 2013(11)
[5]質子交換膜燃料電池綜合動態(tài)模型分析[J]. 陳維榮,張瀚月,李奇. 西南交通大學學報. 2012(06)
[6]質子交換膜燃料電池的脈動進氫實驗[J]. 汪小姍,張錦芳,張財智,韓明. 化工學報. 2012(01)
[7]全釩氧化還原液流電池用石墨氈電極的穩(wěn)定性[J]. 趙成明,謝曉峰,王金海,王樹博,尚玉明,王要武. 化工學報. 2011(S2)
[8]空冷型質子交換膜燃料電池堆最優(yōu)性能輸出控制[J]. 衛(wèi)東,鄭東,褚磊民. 化工學報. 2010(05)
[9]質子交換膜燃料電池動態(tài)特性建模及其控制[J]. 李奇,陳維榮,賈俊波,湛耀添,韓明. 西南交通大學學報. 2009(04)
[10]質子交換膜燃料電池動態(tài)響應建模與仿真研究[J]. 李奇,陳維榮,賈俊波,湛耀添,韓明. 系統(tǒng)仿真學報. 2009(11)
博士論文
[1]質子交換膜燃料電池系統(tǒng)建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大學 2011
[2]質子交換膜燃料電池水管理的實驗與模擬[D]. 陳士忠.大連理工大學 2010
碩士論文
[1]水冷型質子交換膜燃料電池熱管理系統(tǒng)研究[D]. 趙興強.西南交通大學 2015
[2]自增濕陰極開放式PEMFC輸出特性實驗分析及動態(tài)建模[D]. 趙思臣.西南交通大學 2014
[3]燃料電池溫度控制研究[D]. 李潔.武漢理工大學 2014
[4]全釩液流電池儲能系統(tǒng)仿真建模及其應用研究[D]. 尹麗.湖南大學 2014
[5]質子交換膜燃料電池供氣系統(tǒng)控制策略研究[D]. 張浩琛.蘭州理工大學 2013
[6]質子交換膜燃料電池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大學 2013
[7]新型釩液流電池高可靠性監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 崔玉書.華北電力大學 2013
[8]電動汽車動力鋰電池散熱結構設計與冷卻系統(tǒng)仿真[D]. 錢舜田.浙江工業(yè)大學 2013
[9]PEMFC最大功率跟蹤研究[D]. 汪小姍.西南交通大學 2012
[10]質子交換膜燃料電池水熱管理系統(tǒng)模擬研究[D]. 劉小波.華南理工大學 2010
本文編號：3038927
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