車用質(zhì)子交換膜燃料電池動(dòng)態(tài)特性的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)能量轉(zhuǎn)換效率高，環(huán)境友好，可室溫快速啟動(dòng)，已成為燃料電池研究中的主流。PEMFC內(nèi)部動(dòng)態(tài)特征對于理解其運(yùn)行機(jī)理進(jìn)而實(shí)行優(yōu)化控制非常重要。本文主要使用計(jì)算機(jī)模擬的方法來分析電池內(nèi)部的動(dòng)態(tài)特征，使用了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent中的PEM模塊進(jìn)行模擬計(jì)算。 本文首先描述了PEM電池中的質(zhì)量、動(dòng)量、能量、組分守恒方程，多孔介質(zhì)的擴(kuò)散方程，催化層中的電化學(xué)方程，膜中水傳遞方程，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡要的分析

2、，模型中的非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)是進(jìn)行電池模塊動(dòng)態(tài)仿真的基礎(chǔ)。 然后建立了一個(gè)單流道單電池的三維結(jié)構(gòu)模型，探討了不同操作參數(shù)對電池穩(wěn)態(tài)性能的影響。結(jié)果表明氣體濕度對電池性能影響很大，提高氣體濕度可以提高電池性能，而在大電流密度下，提高陰極氣體濕度由于濃差極化的影響導(dǎo)致電池性能反而下降；小電流時(shí)，空氣過量系數(shù)對電池性能影響不大，而大電流時(shí)，提高空氣過量系數(shù)，加快排水速度，電池性能提高明顯；溫度升高，電池性能提高；工作壓力升高，電池性能提高。

3、 最后利用Fluent中的非穩(wěn)態(tài)求解器，在穩(wěn)態(tài)結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算了氣體濕度、空氣流速以及負(fù)載改變時(shí)，電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和動(dòng)態(tài)性能。研究發(fā)現(xiàn)，氣體濕度對電池動(dòng)態(tài)性能有顯著的影響；燃料電池具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，改變氣體濕度，1s內(nèi)可以接近穩(wěn)態(tài)，3min內(nèi)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)；負(fù)載改變時(shí)，氣體濕度越高，電池動(dòng)態(tài)性能越好。在中、小電流密度下，空氣流速對電池動(dòng)態(tài)性能影響不大；大電流密度下，空氣流速對電池動(dòng)態(tài)性能有顯著的影響。而且，空氣流速為