质子交换膜燃料电池分布参数模型数值仿真研究进展
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翟 双 周 苏 ～， ， 陈凤 祥 张传 升 ，
（． １ 同济大学 汽车学院 ， 上海 ２ １ ０ ；２ 同济大学 新能源汽 车工程 中心 ， ０８４ ． 上海 ２ １０ ；３ 同济 大学 中德学院， ０８４ ． 上海 ２ ０ ９ ） ０ ０ ２
摘 要 ： 比 了 ３类 质 子 交 换 膜 燃 料 电 池 数 学 模 型 （ 布参 数 化 装置 之一 ， 对 分 可广 泛运用 于 交通 、 固定发 电厂及 可移 模 型 、 总参 数 模 型 和 混 合 参 数 模 型 ） 特 点 及 应 用 范 围 ， 集 的 从
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起 电堆故 障的特殊 工 况． 外 ， 另 该类 模 型 往往 没有 考 虑外 部辅 助单 元 （ 空压 机 、 湿 器 和冷 却 装 置 等 ） 如 增
但 是 ， 类模 型主要 针对 稳态 工 况 ， 少 涉 及 可能 引 该 较
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Ｊ ｎ ０２ ｕ ．２ １
文章 编 号 ： ２ ５３ ４ ２ １ ）６０ ３—６ ０ ５ —７ Ｘ（０ ２ ０—９ ２０
Ｄ Ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ ０ ５—７ｘ ２ １ ．６ ０ ２ Ｏ ：０ ３ ６ ／． ｓ ．２ ３３ ４ ．０ ２ ０ ． ２ ｓ
质 子 交 换 膜 燃 料 电 池 分 布 参 数 模 型 数 值 仿 真 研 究 进 展
动 电源等 ． 质子交 换膜 燃料 电池 （ Ｅ Ｃ） 有 低 噪 Ｐ ＭＦ 具 音 、 操作 温度 和 高 效 率等 特 点 ， Ｅ Ｃ发 动 机 是 低 Ｐ ＭＦ 新 能 源 汽 车 的 理 想 动 力 系 统 ． 过 数 十 年 的研 究 ， 经
相关的守恒方程及 数值计算 方法 、 要参 数 的数值 特征 、 重 研 究 内容 、 仿真区域和模型验证等方面 总结 了分布参 数模型 的
中图分类号 ： Ｔ９ １
方 面发 挥 了不可 替代 的作用 ． 目前 ， Ｅ Ｃ的数 学 模 型 可 以分 为下 述 ３类 ． Ｐ ＭＦ 第一 类是 分 布 参 数 模 型ｌ ． 类 模 型 基 于 质 量 、 １该 ］ 动 量、 组分 和 电荷 等守 恒方 程 ， 以描述 电池 内部 压 力 可 场、 速度 场 、 分浓 度 、 组 电场和 液态 水 等 的 空 间分 布．
对 电堆性能 的影 响． 二类 是 集 总参 数 模 型 ＿． 第 ２ 该类 ］
模 型主要 用 于 描 述 和 分 析 燃 料 电 池 （ ） 堆 的动 态 响
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第４ 第６ Ｏ卷 期 ２１ ０ ２年 ６月
同 济 大 学 学 报（ 然 科 学 版） 自
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Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ６ １４ ．
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研究进展．
Ｐ ＭＦ Ｅ Ｃ技术 在材料 、 系统集成 及控 制等 方 面取得 了
长足进 步． 与其 他工 程 问题 一 样 ， Ｅ Ｃ 系统 的数 Ｐ ＭＦ 值仿 真 在 系 统设 计 与 匹 配 、 化 和辅 助 实 验研 究 等 优
文献标识码 ： Ａ
关键 词 ： 质子交换 膜燃 料 电池 ；数值仿 真 ；分 布参数 模型 ； 集 总参数模 型 ； 混合参数模型
（． １ 同济大学 汽车学院 ， 上海 ２ １ ０ ；２ 同济大学 新能源汽 车工程 中心 ， ０８４ ． 上海 ２ １０ ；３ 同济 大学 中德学院， ０８４ ． 上海 ２ ０ ９ ） ０ ０ ２
摘 要 ： 比 了 ３类 质 子 交 换 膜 燃 料 电 池 数 学 模 型 （ 布参 数 化 装置 之一 ， 对 分 可广 泛运用 于 交通 、 固定发 电厂及 可移 模 型 、 总参 数 模 型 和 混 合 参 数 模 型 ） 特 点 及 应 用 范 围 ， 集 的 从
２１０ ０ ８ ４，Ｃｈｎ ； ２ Ｃｌａ ｅ ｇ ｉａ ． ｅ ｎ Ｅｎ ｒ ｙ Ａｕｔｍｏｉｅ ｏ ｔ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｎｅ ， ｖ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｃｅ ｔｒ
起 电堆故 障的特殊 工 况． 外 ， 另 该类 模 型 往往 没有 考 虑外 部辅 助单 元 （ 空压 机 、 湿 器 和冷 却 装 置 等 ） 如 增
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Ｊ ｎ ０２ ｕ ．２ １
文章 编 号 ： ２ ５３ ４ ２ １ ）６０ ３—６ ０ ５ —７ Ｘ（０ ２ ０—９ ２０
Ｄ Ｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ ０ ５—７ｘ ２ １ ．６ ０ ２ Ｏ ：０ ３ ６ ／． ｓ ．２ ３３ ４ ．０ ２ ０ ． ２ ｓ
质 子 交 换 膜 燃 料 电 池 分 布 参 数 模 型 数 值 仿 真 研 究 进 展
动 电源等 ． 质子交 换膜 燃料 电池 （ Ｅ Ｃ） 有 低 噪 Ｐ ＭＦ 具 音 、 操作 温度 和 高 效 率等 特 点 ， Ｅ Ｃ发 动 机 是 低 Ｐ ＭＦ 新 能 源 汽 车 的 理 想 动 力 系 统 ． 过 数 十 年 的研 究 ， 经
相关的守恒方程及 数值计算 方法 、 要参 数 的数值 特征 、 重 研 究 内容 、 仿真区域和模型验证等方面 总结 了分布参 数模型 的
中图分类号 ： Ｔ９ １
方 面发 挥 了不可 替代 的作用 ． 目前 ， Ｅ Ｃ的数 学 模 型 可 以分 为下 述 ３类 ． Ｐ ＭＦ 第一 类是 分 布 参 数 模 型ｌ ． 类 模 型 基 于 质 量 、 １该 ］ 动 量、 组分 和 电荷 等守 恒方 程 ， 以描述 电池 内部 压 力 可 场、 速度 场 、 分浓 度 、 组 电场和 液态 水 等 的 空 间分 布．
对 电堆性能 的影 响． 二类 是 集 总参 数 模 型 ＿． 第 ２ 该类 ］
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第４ 第６ Ｏ卷 期 ２１ ０ ２年 ６月
同 济 大 学 学 报（ 然 科 学 版） 自
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｏ Ｇ Ｉ ＪⅣＥ ｓｒ （ Ａ １ Ａ ， Ｃ Ｅ ｃ ） Ｏ Ｒ Ａ Ｆ Ｔ Ｎ Ｊ Ｌ Ｎ Ｒ Ｉ Ｙ Ｎ Ｔ 『 Ｉ ｓ Ｉ Ｎ Ｅ ｒ Ｒ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ６ １４ ．
Ｚ Ａ Ｓｕ ｎ Ｈ １ ｈ ａ ｇ ， ＺｔＵ Ｓ ｔ ｕ ＇ ， Ｃ Ｅ Ｆ ｎ￣ ｎ Ｏ ～ Ｈ Ｎ ｅｇ ｇ ，
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（ ． Ｃ ｌ ｇ ｆ Ａ ｔｍｏｉｅ Ｓ ｕ ｉｓ Ｔ ｎ ｊ Ｕｎｖ ｒｉ ， Ｓ ａ ｇ ａ １ ｏ ｌ ｅ ｏ ｕ ｏ ｔ ｔ ｄｅ ， ｏ ｇｉ ｅ ｖ ｉｅ ｓ ｙ ｔ ｈｎ ｈ ｉ
研究进展．
Ｐ ＭＦ Ｅ Ｃ技术 在材料 、 系统集成 及控 制等 方 面取得 了
长足进 步． 与其 他工 程 问题 一 样 ， Ｅ Ｃ 系统 的数 Ｐ ＭＦ 值仿 真 在 系 统设 计 与 匹 配 、 化 和辅 助 实 验研 究 等 优
文献标识码 ： Ａ
关键 词 ： 质子交换 膜燃 料 电池 ；数值仿 真 ；分 布参数 模型 ； 集 总参数模 型 ； 混合参数模型