μDMFC电堆系统建模与设计

摘要

当今世界直接甲醇燃料电池技术飞速发展，为了对直接甲醇燃料电池进行进一步的设计与优化，对其内部传质和电化学反应过程等进行模型建立倍受业界青睐。现今常用的电池模型主要是物理模型，这种模型主要用于对燃料电池局部现象进行描述与优化，不能实现对整个电池单体乃至电池堆的系统分析。不仅如此，物理模型的实现与计算都十分复杂。为了实现对整个电池单体乃至电池堆的系统分析，减少燃料电池模型的计算量。本课题采用建立等效电路模型的方法对电池堆进行系统分析。等效电路模型具有结构简单、易于计算等优点。不仅如此，等效电路模型更容易仿真电池在实际电路系统或其它应用条件中的工作状态。因此建立电池的等效电路模型有很重要的意义。
　　本课题从被动式直接甲醇燃料电池的基础理论出发，建立等效电路模型的数学基础。由 Simulink建立了模块化的被动式直接甲醇燃料电池堆的系统级模型。在理论验证该模型正确的基础上，按照模型条件设计了4节单池构成的电池堆对系统级模型进行实验验证。理论与实验验证后得到的结果表明：对于很难用物理模型实现的电池堆的系统分析，本课题建立的系统级模型可以很好地实现并且可以对电池堆实际的工作结果进行仿真与预测；按照系统级模型设计的电池堆具有响应速度快和在重复工作中性能稳定等优点，系统级模型的仿真预测可以对电池堆的结构设计起到很好的指导作用；电池堆实际工作时，在瞬间卸载时输出电压会迅速达到一个峰值然后再下降为稳定值；对于十分复杂的电池堆动态放电过程，本课题建立的系统级模型也可以与电池堆的实际放电状态很好吻合。电池堆动态放电时长与电池堆的放电电流有关，放电电流越大放电时间越短。但是不同放电电流下电池堆放出的总能量不同。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.3研究目的和意义

1.4本课题的主要研究内容

第2章 被动式直接甲醇燃料电池堆的模型分析

2.1引言

2.2被动式直接甲醇燃料电池的组成

2.3被动式直接甲醇燃料电池的工作原理

2.4本章小结

第3章 电池堆系统级模型的建立

3.1引言

3.2建立系统级模型的前提与实现方式

3.3单节电池的系统级模型的建立

3.4系统级模型的理论验证

3.5电池堆系统级模型的建立

3.6本章小结

第4章 电池堆系统设计与模型验证

4.1引言

4.2电池堆系统设计与模型验证

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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