燃料电池系统仿真分析及测试验证

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.09.019

摘要/Abstract

摘要：

燃料电池系统包含电堆、空气子系统、氢气子系统、冷却子系统，涉及零部件众多。因此在研发初期，通过系统仿真的手段建立燃料电池系统模型，对系统开发具有指导作用。本文首先依据零部件的试验结果及特性参数进行零部件虚拟标定，建立精确零部件模型；然后根据系统流程图搭建完整的燃料电池系统仿真模型；最后通过仿真计算，对系统关键输出性能参数进行评估和预测。将仿真结果与测试数据进行对比校核，结果表明：模型仿真结果与测试数据平均绝对百分比误差最大为4.33%，吻合度较高，验证了此系统仿真模型精度较高，可用于燃料电池系统性能研究，对今后研发燃料电池系统具有重要的指导意义。

关键词: 燃料电池, 系统仿真, 模型, 验证

Abstract:

The fuel cell system includes stack， air subsystem， hydrogen subsystem， cooling subsystem， involving many components. Therefore， in the early stage of research and development， establishment of a fuel cell system model through system simulation has a guiding role for system development. Firstly， based on the test results and characteristic parameters of components， virtual calibration of components is carried out to establish an accurate component model. Then， according to the system flow chart， a complete fuel cell system simulation model is built. Finally， key output performance parameters of the system are evaluated and predicted through simulation calculation. Comparing the simulation results with the test data， the results show that the maximum average absolute percentage error between the model simulation results and the test data is 4.33%， with a high degree of consistency. It is verified that the simulation model has a high accuracy and can be used to study the performance of the fuel cell system， which has great guiding significance for future research and development of the fuel cell system.

Key words: fuel cell, system simulation, model, test validation

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图/表 22

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参考文献 19

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参数	数值
单电池参考电压	1.25 V
电堆节数	370
阳极换热面积	50 000 cm²
阳极换热系数	100 W/（m²·℃）
阴极换热面积	50 000 cm²
阴极换热系数	100 W/（m²·℃）
冷却流道对流换热面积	100 000 cm²
冷却流道对流换热系数	1 500 W/（m²·℃）

参数	数值
空气环境温度	20 ℃
空气环境压力	0 kPa
阴极氧气初始体积分数	21%
阴极氮气初始体积分数	78%
阴极水蒸气初始体积分数	1%

参数	数值
氢气高压初始压力	35 000 kPa
阳极氢气初始体积分数	99.99%
阳极水蒸气初始体积分数	0.01%

参数	数值
环境温度	20 ℃
环境压力	0 kPa
散热风扇等效面积	420 mm²
散热风扇临界流量数	2 000
过滤器临界流量系数	1 000

零部件	平均误差/%
空压机	2.29
中冷器	0.53
节气门	3.68
引射器	1.21
水泵	0.68
过滤器	2.14