燃料电池堆热特性及动态电压的初步分析

摘要

随着能源问题、环境问题的日益加重以及人们环保意识的加强，零排放、高效率的燃料电池汽车越来越受到人们的关注。作为燃料电池汽车核心部件的燃料电池发动机更是人们关注的重点。 要保证燃料电池正常、有效的工作，就需要对其特性进行分析研究。在燃料电池的特性研究中，试验和建模是必不可少的手段。本文基于这两种手段对燃料电池堆的热特性以及动态电压进行了分析研究。 温度是影响燃料电池堆正常运行的关键因素，温度过高或过低对燃料电池堆都将产生不利的影响。所以对燃料电池堆运行过程中各种能量(包括功率、冷却水热流量，空气热流量等)的分析以及对其运行过程中温度的控制，对于优化燃料电池堆的性能起着重要的作用。文中建立了动态温度模型，计算了燃料电池堆工作温度。在涉及到空气热流量的计算时，考虑了汽化时间对汽化过程的影响因素，在已有的研究成果上，进一步精确了空气热流量的计算。在计算燃料电池堆工作温度的过程中，提出了燃料电池堆工作温度的一种简便计算方法，即根据燃料电池堆进出口冷却水的温度直接计算出燃料电池堆的工作温度。 本文也对燃料电池堆动态电压进行了分析建模。文中描述了电压阶跃后的变化规律，分析了其动态变化过程的影响因素，考虑了时间因素的影响，建立了动态经验模型以反应其动态变化过程。模型结构简单，参数少，方便应用。

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第一章绪论

1.1概述

1.1.1燃料电池反应原理

1.1.2燃料电池分类

1.1.3质子交换膜燃料电池

1.2国内外研究的现状

1.3课题研究内容

第二章测试系统

2.1引言

2.2测试平台

2.2.1测试平台结构

2.2.2测试平台功能

2.3主控界面

2.4辅助监测界面

2.5本章小结

第三章燃料电池堆热特性分析

3.1引言

3.2燃料电池堆热模型

3.3空气流量分析

3.3.1标定风机风量

3.3.2空气过量比

3.4部分热量分析

3.4.1辐射散热

3.4.2氢气热流量

3.5恒功率加载试验

3.6进出口空气相对湿度

3.7燃料电池堆工作温度

3.7.1确定综合对流换热系数

3.7.2计算燃料电池堆工作温度

3.8燃料电池堆排汽规律

3.9燃料电池堆工作温度预测

3.10本章小结

第四章动态电压分析及建模

4.1引言

4.2燃料电池堆动态电压分析

4.2.1动态电压影响因素

4.2.2动态电压变化规律

4.3燃料电池堆动态电压模型建立

4.3.1试验数据分析

4.3.2动态电压模型

4.3.3结果验证

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1本文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果