燃料電池發(fā)動機控制問題研究——氣體壓力控制.pdf

1、質子交換膜燃料電池(PEMFC)是具有革命意義的新一代能源，近年來興起的燃料電池汽車以其節(jié)能、清潔的優(yōu)點代表了新一代汽車的發(fā)展方向。因此大力開發(fā)各種功率級別的安全、可靠的燃料電池系統(tǒng)成為了關鍵問題。 由同濟大學等機構研制的“超越”系列燃料電池轎車已經(jīng)獲得了階段性的成果，但由于其燃料電池系統(tǒng)的燃料和空氣是在低壓(常壓)狀態(tài)下進行反應的，這造成燃料電池電堆的功率密度不高、響應速度不快以及加濕困難等問題，從而影響了燃料電池發(fā)動機的最大

2、輸出功率以及響應速度等動力性能。而高壓燃料電池系統(tǒng)在解決這些問題上有著明顯優(yōu)勢，由此引發(fā)了本文對高壓燃料電池系統(tǒng)的研究。由于高、低壓系統(tǒng)在控制要求上的主要不同在于：低壓系統(tǒng)對反應氣體的壓力控制要求很低，而高壓系統(tǒng)則有較嚴格的要求，因此本文圍繞高壓系統(tǒng)的氣體壓力控制以及與之相關的問題做了重點研究。 本文首先介紹了燃料電池、質子交換膜燃料電池以及燃料電池發(fā)動機的基本工作原理，描述了高、低壓燃料電池發(fā)動機輔助系統(tǒng)的組成，并簡要說明了它

3、們之間的不同。 其次通過對燃料電池極化現(xiàn)象的研究和對MK902電堆的實驗數(shù)據(jù)分析建立了燃料電池電堆的輸出特性模型，并在此模型基礎上分析了工作壓力的選擇對燃料電池發(fā)動機性能的影響。 本文接著根據(jù)流體力學和熱力學等理論建立了高壓燃料電池發(fā)動機中空氣供應系統(tǒng)的數(shù)學模型，其中包括壓縮機、供氣管道、陰極流場以及背壓閥等，為研究高壓燃料電池系統(tǒng)中空氣壓力的控制奠定了基礎。 然后進行了燃料電池發(fā)動機的控制策略分析。從燃料電池發(fā)