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燃料电池动力系统停机优化策略研究
| 论文题名： | 燃料电池动力系统停机优化策略研究 |
| 关键词： | 燃料电池动力系统;停机过程;吹扫除水策略;电压泄放策略 |
| 摘要： | 质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell,PEMFC)因其具有低噪音、环境友好和转换效率高等特点，具有广泛应用于交通领域的前景，但可靠性与耐久性问题仍是阻碍该技术发展的重要屏障。燃料电池在实际运行过程中具有多种工况，其中停机工况带来的衰减最为显著，优化停机过程膜含水量与氢空界面问题对其运行可靠性与耐久性提升至关重要。本文以典型燃料电池动力系统为研究对象，针对系统停机需求将停机过程分为吹扫除水环节与电压泄放环节，并综合电堆机理与部件机理进行建模，设计了停机过程吹扫除水策略与电压泄放策略，旨在优化除水效果、降低能量消耗与减少耐久性衰减。本文的主要研究内容如下： 1.燃料电池动力系统停机过程吹扫除水环节建模。由机理角度分析了停机过程吹扫除水的基本原理，并基于停机过程液态水的传输特性搭建了吹扫除水三阶段模型。其次设计了吹扫除水实验，对模型进行参数辨识及准确性验证，得到了可准确描述停机过程吹扫除水的模型，并基于模型分析了不同操作条件对停机过程吹扫除水的影响。 2.燃料电池动力系统停机过程吹扫除水策略研究。设计了源自经济性的目标函数与基于吹扫效果评价的惩罚函数，利用粒子群优化算法与遗传算法对停机过程吹扫除水环节的操作条件进行优化，并进行了模型仿真。仿真结果表明，吹扫除水环节能效优化了15.9%，在保证燃料电池可靠性的同时提升了系统停机过程的能效。 3.燃料电池动力系统停机过程电压泄放策略研究。通过分析停机过程电压泄放环节的影响因素，设计了基于氢气吹扫与空气吹扫的两种电压泄放策略。搭建了电压泄放环节的氧气扩散速率与阴阳极压力差的模型，并对两种策略进行了模型仿真。仿真结果表明，基于氢气吹扫的电压泄放策略能够减小质子交换膜的衰减，提升燃料电池的耐久性。 |
| 作者： | 明元 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 李凯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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