质子交换膜燃料电池建模与仿真分析

李文涛，孙宾宾，鲁花蕾，顾天琪

(山东理工大学 交通与车辆工程学院, 山东 淄博 255049)

在过去几十年中，随着各个行业的快速发展，对各种能源开采越来越多，导致所能使用的各种一次性资源逐渐减少，其对环境造成的危害也逐步显现出来。当前，各国都在寻求新的低污染、低排放并且具有可持续供应的新能源。燃料电池是一种能量转换效率很高的电源，它的优势在于无需充电，使用时通入氢燃料反应生成电能；另一主要优点是反应过程中几乎不会产生污染物，反应后产物只有水，正是因为有着这些优点，燃料电池被认为在未来会逐步替代传统能源[1]。质子交换膜燃料电池是燃料电池中应用最多的类型，最早应用于航天器中，现逐渐走进民用领域，常用作新型汽车动力来源[2-3]。在PEMFC研究开发过程中，建立其仿真模型有利于优化燃料电池的设计，使设计的燃料电池成本更低、效率更高、性能更好。

质子交换膜燃料电池的建模方法主要有经验法与机理法[4]。机理法建立的燃料电池机理模型首先对模型条件进行假设，然后通过燃料电池内部电化学反应对电池各影响参数进行分析。机理法对燃料电池内部的反应机理能够进行准确描述，但建立过程复杂、参数较多，与实际应用有较大出入[5]。机理法模型主要有Baschuk模型[6]、Nguyen模型[7]、Dutta模型[8]等。相比于机理法，经验法建模无需考虑燃料电池内部反应机理，只需根据燃料电池外部特性曲线拟合方程对燃料电池进行描述，但不利于燃料电池内部结构优化[9]。……