武汉理工大学 硕士学位论文 PEMFC发动机热管理系统设计及仿真研究 姓名:王贤海 申请学位级别:硕士 专业:动力机械及工程 指导教师:杜传进 20060501
摘
要
热管理是燃料电池汽车研究与开发的热点和难点问题之一,特别是低温型燃 料电池电动汽车,其热负荷可能达到传统汽车的两倍,这对热管理系统的设计提 出了更高的要求.本文针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机的热管理问题, 对热管理系统设计,试验和仿真技术进行了系统的研究. 通过对电堆温度特性的分析,对PEMFC电堆的排热进行了设计,包括冷却 方式和冷却液的选取,同时,对PEMFC发动机热管理系统进行了设计,重点是 保证电堆能够得到及时有效的散热,并保持电堆温度的平衡.在此基础上,对风 扇,水泵,散热器等部件的工作特性和电堆之间的动态匹配进行了试验分析,最 后,对PEMFC发动机热管理系统进行了匹配计算,据此对散热器,水泵进行选 型. 机电一体化技术的发展,使得对PEMFC电堆工作温度的自动控制成为可能, 同时,计算机技术的发展,也使得对PEMFC发动机热管理系统的仿真研究受到 了重视.本文通过对PEMFC发动机生热与散热的分析,建立了各自的热力学数 学模型和系统热平衡模型,利用计算机仿真软件Matlab/Simulink搭建起由各部 件模型组成的系统仿真模型,运用模糊控制的方法建立起电堆工作温度的控制策 略.仿真结果基本反应了电堆实际工作过程温度的变化趋势. 热管理试验台架为PEMFC电堆的性能测试以及热管理系统性能优化研究提 供了重要的技术手段.通过采用温度自动控制和自来水自动掺混补给方法,设计 并建立了一套适用于PEMFC电池发动机台架试验的热管理系统.通过分析热管 理系统热源,换热器,水泵等关键部件流动和传热机理,建立了热管理系统的物 理数学模型.利用有限差分法进行求解,发展了试验台仿真模拟系统,为台架运 行和控制提供了指导.
关键词:热管理,PEMFC,仿真,试验台架
Abstract
Thermal management is critical for automobile fuel economy and safety,as well
as
environmental conservation.It is
a
main technical barrier of automobile R&D.
Especially for low temperature FC vehicle,because of its low operating temperature, its heat loads
can
double that of
on
a
normal automobile with equivalent power,which
makes higher demands some researches
on
the design of thermal management system.In this paper,
the thermal
management
of proton
exchange membrane
fuel cell
(PEMFC)engifie,such
simulating technology Based
to heat
on
as,design of thermal done.
management
system,experiment and
are
the
analysis
of the temperature characteristic of FC stack,the approach
transfer
of stack is designed.The emphasis is that reduces flow
resistance
and
lowers the temperature gradient of stack.At the same time,the

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