对带有膜水动力学的 PEM 燃料电芯建模
此示例说明了如何使用自定义的 Simscape™ 模块对质子交换膜 (PEM) 燃料电芯堆进行建模。该模块模拟了质子交换膜 (PEM) 燃料电池的膜电极组件 (MEA) 中发生的水传输动力学过程 [1]。有关水输送动力学的更多信息，请参阅 Fuel Cell Equivalent Circuit 模块。
PEM 燃料电池通过消耗氢气和氧气并产生水蒸汽来发电。电渗拖曳和扩散将水通过膜，影响电芯的欧姆损耗和整个燃料电芯的性能。
打开模型
自定义模块代表 MEA，连接到两个独立的湿空气网络：一个用于阳极气体流，另一个用于阴极气体流。这些潮湿空气网络通过 MEA 决定了水动力学的边界条件。要查看自定义 MEA 模块的 Simscape 代码，在 MATLAB® 命令行窗口中输入：
FuelCell.ssc
此示例侧重于将 Simscape™ Battery™ 模块与使用 Simscape™ Fluids™ Moist-Air 域组件的现有示例进行组合。有关这些组件的更多背景信息，请参阅 PEM 燃料电池系统 示例。
带动态膜模型的自定义 MEA 模块将水传输现象的行为与其余系统联系起来，并允许更高保真度地考虑系统级发生的瞬态现象。
open_system('PEMFuelCellSystem') set_param(find_system(bdroot,'FindAll','on','type','annotation','Tag','ModelFeatures'),'Interpreter','off');
查看来自 Simscape 记录的仿真结果
此示例使用驾驶循环载荷工况运行该模型。本节中的所有图表均基于此负载场景。
要修改负载条件，请点击“电气负载”模块，然后选择所需的负载场景。
该图显示了仿真过程中单个燃料电池电芯膜的水含量分布和由此产生的欧姆电阻。
PEMFuelCellSystemPlot1Lambda;
下图显示：
燃料电芯堆产生的电能。
阴极空气压缩机和冷却液泵为保持系统稳定、高效运行而消耗的功率。因此，系统产生的净功率比燃料电芯堆产生的功率少几个百分点。
燃料电池堆产生的多余热量。动态膜阻力直接影响这一过剩热量。
PEMFuelCellSystemPlot2Power;
参考资料
[1] D. Zhou, F. Gao, E. Breaz, A. Ravey, A. Miraoui and K. Zhang, "Dynamic Phenomena Coupling Analysis and Modeling of Proton Exchange Membrane Fuel Cells," in IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 31, no. 4, pp. 1399-1412, Dec. 2016, doi:10.1109/TEC.2016.2587162.
