燃料电池系统热力学性能分析及多目标优化研究

发布时间：2024-11-26 21:28

　　燃料电池作为一种高效、清洁的能量转换装置,在能源匮乏,环境污染严重的当今社会受到人类的青睐。随着信息技术的发展,质子交换膜燃料电池（PEMFC）动力系统由于具有续航时间长、体积小及机动性好等特点被视为未来优选的动力设备。但由于PEMFC自身成本高,功率密度低,使其大规模应用受到了很大钳制。为深入探究不同操作参数及环境对PEMFC输出性能的影响,分析燃料电池的最优操作参数分布规律,本文的主要研究内容及结论如下:1、建立了氢-空、氢-氧质子交换膜燃料电池系统的仿真模型,分析并对比了不同工况对燃料电池系统输出性能的影响。结果表明:提高阳极进气压力、进气相对湿度会提升燃料电池的整体输出性能。增大电流密度,可使系统的输出电功率升高,且当电流密度为900mA/cm²左右时,系统输出电功率达到最大值。通过分析可以看出,为保证系统的输出特性,燃料电池电流密度的选取不宜太小,但也不宜超过950mA/cm²。相同工作条件下,氢-氧燃料电池相比氢-空燃料电池在系统输出电功率及系统输出电效率上有明显提高。2、基于已建质子交换膜燃料电池模型,分析了海拔高度对电池性能的影...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题研究背景和意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 燃料电池发展及研究现状
        1.2.1 燃料电池发展现状
        1.2.2 燃料电池模型研究现状
        1.2.3 燃料电池热力学性能研究现状
        1.2.4 燃料电池优化研究现状
    1.3 论文的主要工作和结构安排
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 论文结构
第2章 燃料电池系统基本理论
    2.1 燃料电池的工作原理及分类
        2.1.1 燃料电池工作原理
        2.1.2 燃料电池分类
    2.2 PEMFC的输出特性研究
        2.2.1 PEMFC的热力学描述
        2.2.2 PEMFC极化曲线
    2.3 水热管理对PEMFC的性能影响
        2.3.1 温度管理
        2.3.2 水管理
    2.4 本章小结
第3章 PEMFC系统模型建立及热力学性能分析
    3.1 PEMFC系统结构
    3.2 系统模型建立
        3.2.1 PEMFC电堆
        3.2.2 供气系统
        3.2.3 加湿系统
        3.2.4 冷却系统
    3.3 模型验证
    3.4 PEMFC系统热力学性能分析
        3.4.1 工作温度对PEMFC系统性能的影响
        3.4.2 电流密度对PEMFC系统性能的影响
        3.4.3 氢气进气压力对PEMFC系统性能的影响
        3.4.4 空气进气压力PEMFC系统性能的影响
        3.4.5 进气相对湿度对PEMFC系统性能的影响
    3.5 本章小结
第4章 高空用PEMFC系统性能分析
    4.1 高空用燃料电池系统结构
    4.2 高空用燃料电池的数学模型
        4.2.1 环境模型
        4.2.2 附属设备模型
    4.3 高空用燃料电池系统热力性能分析
    4.4 本章小结
第5章 PEMFC系统多角度评价及多目标优化
    5.1 PEMFC系统多目标优化模型的建立
        5.1.1 经济评价
        5.1.2 环境评价
        5.1.3 热力性能评价
    5.2 多目标优化
        5.2.1 多目标优化算法
        5.2.2 参数分析
    5.3 PEMFC系统优化
        5.3.1 优化结果分析
        5.3.2 系统最优操作参数集分布
    5.4 本章小结
结语
    结论
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果
致谢



本文编号：4012610