车用PEMFC 动态响应仿真分析

李威尔,孙 超,霍为炜*,龚国庆

( 1. 北京信息科技大学机电工程学院,北京 100192; 2. 新能源汽车北京实验室,北京 100192;3. 北京理工大学电动车辆国家工程实验室,北京 100081 )

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低、响应迅速、发电效率高、功率密度大且反应过程无污染等优点,在新能源开发和研究领域受到了人们的重视[1-2]。 汽车行驶时需要经历频繁的变载,会引起燃料电池电位的快速变化,使催化剂性能严重衰减,导致电池寿命缩短、性能变差。 通过仿真来优化燃料电池响应机制、提高响应能力,从而延长使用寿命,是燃料电池应用的研究热点之一。

彭湃等[3]建立了燃料电池的经验和机理模型,增加超级电容器作为储能元件,以加快燃料电池的响应速度。 曲炳旺等[4]利用Fluent 软件建立五流道蛇形流场燃料电池三维单相模型,研究稳态性能及变载时的气体压力、流速和化学计量比等对燃料电池动态响应的影响。 孙术发等[5]建立了双电层电容电压动态模型,分析在高、低电流下,温度、气体压力和膜含水量对电池输出特性的影响。 R.E.Rosli 等[6]设计了高温PEMFC 单体电池实验台架,可以测量和控制电堆内的温度,反应气体的压力、流量和温度等,在0.3 V 的电压下可提供0.65 W 的功率。 L.Z.Yin 等[7]建立5 kW PEMFC 系统,通过对系统性能的优化,将系统效率提高了12.2%。M.S.Feali[8]使用COMSOL Multiphysics 建立了燃料电池瞬态模型,研究微流体燃料电池在电压负载变化时的瞬态变化,为燃料电池瞬态特性的分析提供了帮助。

综上所述,燃料电池动态响应特性研究集中于非车载环境下,有关燃料电池内部参数变化对性能的影响,在汽车行驶工况下的研究较少。……