基于MATLAB/Simulink的氫燃料電池系統(tǒng)建模與仿真

張可健, 曲大為, 蘭洪星, 于 鋒

(吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春130022)

質(zhì)子交換膜燃料電池具有眾多突出的優(yōu)點(diǎn)，如能量轉(zhuǎn)化率高、能量密度高、噪聲低以及零排放等，可以廣泛應(yīng)用于列車、飛機(jī)、汽車等交通工具及便攜式移動(dòng)電源等場合[1]。質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)兼具高效率、高能量密度、高度清潔、大滯后性、非線性、時(shí)變性等特點(diǎn)，系統(tǒng)工作過程中涉及電化學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)理論等。目前中外學(xué)者建立的燃料電池系統(tǒng)模型主要包括機(jī)理模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃桶虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其中以機(jī)理模型居多。

最早的燃料電池建模工作始于20世紀(jì)90年代，Springer、Bernardi和Verbrugge等先驅(qū)者建立了燃料電池一維模型，提出了解釋水分通過膜的機(jī)制，并提出了膜電導(dǎo)率與膜中含水量之間的關(guān)系，同時(shí)對燃料電池的性能進(jìn)行了初步研究[2]。Zhang等[3]基于建立的燃料電池供氣的一維仿真模型，對空氣壓縮機(jī)與燃料電池系統(tǒng)的匹配特性進(jìn)行了分析，得出設(shè)計(jì)人員應(yīng)注重?cái)U(kuò)展喘振邊界，在有限的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下將高效工作區(qū)域擴(kuò)大到低質(zhì)量流量區(qū)域，而不是僅僅擴(kuò)大有效工作范圍的結(jié)論。吉林大學(xué)雷宗坤[4]基于某電堆設(shè)計(jì)參數(shù)建立燃料供給系統(tǒng)以及輸出特性的動(dòng)態(tài)模型，針對特定電流需求條件下的電堆工作點(diǎn)分布與流量-壓力特性進(jìn)行仿真，并基于壓力補(bǔ)償對系統(tǒng)進(jìn)行控制優(yōu)化。東北大學(xué)馬冰心[5]基于系統(tǒng)的機(jī)理模型，采用MATLAB/Simulink搭建燃料電池系統(tǒng)仿真平臺(tái)，圍繞燃料電池氧化劑供給控制算法展開研究，通過優(yōu)化控制器參數(shù)得到穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出凈功率。

針對上述問題，采用單一的建模方法難以準(zhǔn)確地得到一個(gè)可以描述實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型?，F(xiàn)采用機(jī)理建模和辨識(shí)建模相結(jié)合的方式對模型進(jìn)行推算，反映電堆工作壓力、電堆溫度、陰陽極工作壓力差和氧氣過量比等電池運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程以及繪制出不同工況下電池的輸出性能隨負(fù)載電流的變化曲線圖。

1 氫燃料電池輸出電壓模型

燃料電池可以直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其理論輸出最大電壓為熱力學(xué)理論電動(dòng)勢，即開路電壓。但是由于燃料電池自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電化學(xué)反應(yīng)本身，使其存在三項(xiàng)不可逆損失，分別是活化極化電動(dòng)勢、歐姆極化電動(dòng)勢和濃差極化電動(dòng)勢。輸出電壓模型如圖1所示。

正是由于極化現(xiàn)象的存在，使得燃料電池的實(shí)際輸出電壓總是小于理論值，燃料電池實(shí)際的輸出電壓可以表示為熱力學(xué)理論電動(dòng)勢與極化現(xiàn)象產(chǎn)生的電壓損失的差值[6]，即

V=Enernst-Eact-Eohmic-Econ

(1)

式(1)中：V為燃料電池單體的實(shí)際輸出電壓；Enernst為燃料電池單體的熱力學(xué)理論電動(dòng)勢；Eact為燃料電池單體的活化極化電動(dòng)勢；Eohmic為燃料電池單體的歐姆極化電動(dòng)勢；Econ為燃料電池單體的濃差極化電動(dòng)勢。

在燃料電池輸出電壓模型的研究中，熱力學(xué)理論電動(dòng)勢一般由能斯特方程表示，能斯特方程根據(jù)陰陽極側(cè)燃料的分壓力及溫度參數(shù)，可以推導(dǎo)出燃料電池單體的熱力學(xué)理論電動(dòng)勢，又稱能斯特電動(dòng)勢，其表達(dá)式為

(2)

式(2)中:ΔG為吉布斯自由能，ΔG=237180J/mol；ΔS為標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵，由于反應(yīng)中溫度被認(rèn)為是定值，故熵的變化量近似認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，被設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)值[7]，ΔS=-163.15mol·K；PH2、PO2分別為氫氣分壓力、氧氣分壓力，Pa；F為法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96485C/mol；T為反應(yīng)過程中的熱力學(xué)溫度，K；T0為參考溫度，取為298.15K；R為通用氣體常數(shù)，取為8.3145J/(mol·K)。

活化極化是一種電極電化學(xué)反應(yīng)遲延造成的電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象，活化極化現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于電化學(xué)反應(yīng)過程中，需要消耗能量打破參與反應(yīng)的物質(zhì)的化學(xué)鍵，引起了電子的轉(zhuǎn)移，能量的消耗就帶來了電壓的損失。陰陽極的活化極化電動(dòng)勢由Butler-Volmer表示為

(3)

式(3)中：Eact，a為陽極活化極化過電勢；Eact，ca為陰極活化極化過電勢；α為電荷傳輸系數(shù)，通常取0.5；i0為交換電流密度，陰陽極兩側(cè)的氧化還原反應(yīng)速度相差較大，交換電流密度也相差較大，通常陰極的交換電流密度要比陽極的交換電流密度低約5個(gè)數(shù)量級(jí)，故活化極化對電池的影響，一般忽略陽極[8]。

歐姆極化損失遵循歐姆定律，且隨著電流密度的增大而增大，則歐姆極化損失可以表示為

Eohmic=IRohmic

(4)

式(4)中：I為燃料電池的輸出電流；Rohimc為燃料電池單體的內(nèi)阻，燃料電池單體的內(nèi)阻主要來自質(zhì)子交換膜的等效阻抗RM和質(zhì)子電子轉(zhuǎn)移過程中的阻抗RC，即

Rohmic=RC+RM

(5)

質(zhì)子交換膜的等效阻抗的表達(dá)式為

RM=ρMl/S

(6)

式(6)中:l為質(zhì)子交換膜的厚度；S為質(zhì)子交換膜的有效活化面積；ρM為質(zhì)子交換膜的電阻率，是質(zhì)子交換膜水含量和電池運(yùn)行溫度的函數(shù)，其表達(dá)式為

(7)

式(7)中:Tst為燃料電池運(yùn)行溫度；ν為質(zhì)子交換膜的含水量，仿真膜含水量假設(shè)為100%。

濃差極化現(xiàn)象一般發(fā)生在高電流密度區(qū)域，質(zhì)子在通過交換膜時(shí)，膜附近質(zhì)子濃度升高，在濃度梯度的作用下，質(zhì)子向低濃度區(qū)域擴(kuò)散，形成邊界層，產(chǎn)生濃差極化電動(dòng)勢。

濃差極化電動(dòng)勢的大小與燃料電池的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)相關(guān)，其表達(dá)式為

(8)

式(8)中：imax為極限電流密度，即所用燃料電池能達(dá)到的最大電流密度，一般可以達(dá)到2.2A/cm2。

2 氫燃料電池管道模型

氫燃料電池系統(tǒng)模型中，氣體管道模型主要包括供給管道模型和返回管道模型。供給燃料經(jīng)電磁閥流出后進(jìn)入供給管道，經(jīng)過加濕器處理后進(jìn)入電堆，對于空氣來說，參與反應(yīng)之后的廢氣需通過返回管道排出電堆，對于氫氣來說，尾端采取封閉結(jié)構(gòu)，則無氣體排出，維持電堆內(nèi)部參與反應(yīng)的燃料的分壓力及電堆內(nèi)部的水平衡。質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrance fuel cell, PEMFC)的陰陽極兩側(cè)的供給管道模型基本一致，區(qū)別僅為管道內(nèi)部流體不同，這里僅介紹陰極供給管道模型。

燃料電池供應(yīng)管道模型指供氣管路的集總體積，可以將供氣系統(tǒng)從空氣入口到電堆陰極所有管路及閥件理解為該模型之中[9]。供氣管路中的氣體壓力變化可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律描述為

(9)

式(9)中：Psm為供氣管路的壓力；Tsm為供氣管路中的氣體溫度，由于供氣管路的出口直接進(jìn)入電堆，故這里用電堆溫度來代替供氣管路中的氣體溫度；Vsm為供氣管路的集總體積；Matm為入口干空氣的摩爾質(zhì)量；Wsm.in為供給管道入口的空氣質(zhì)量流量；Wsm.out為供給管道出口的空氣質(zhì)量流量。

由于進(jìn)氣管路中的壓力與電堆內(nèi)的壓差較小，故可以認(rèn)為供給管道出口的空氣的質(zhì)量流量與電堆和管道內(nèi)的壓差成線性關(guān)系，可表示為

Wsm.out=ksm.out(Psm-Pca)

(10)

式(10)中：Pca為電堆陰極的壓力；ksm.out為管道的流量系數(shù)。

返回管道即出氣管道，反應(yīng)后的廢氣經(jīng)出氣管道及尾排閥從電堆排出到大氣中。返回管道模型僅對于陰極，對于陽極側(cè)來說，由于采用死端方式，故不對出氣管道建模。出氣管道模型同供給管道模型類似，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，其動(dòng)態(tài)模型可以描述為

(11)

式(11)中：Prm為出氣管路的壓力；Vrm為出氣管路的集總體積；Tst為出氣管路中的氣體溫度，由于出氣管路的溫度與電堆內(nèi)的溫度相差不大，故這里用電堆溫度來代替出氣管路中的氣體溫度；Matm為入口干空氣的摩爾質(zhì)量，Wrm.in為陰極流道出口的空氣質(zhì)量流量；Wrm.out為出氣管道出口的空氣質(zhì)量流量。

由于出氣管道壓力與大氣壓力值相差較大，故陰極出氣管道出口采用非線性的噴嘴方程來確定出口流量大小，即

(12)

式(12)中：CD為管道卸流系數(shù)；AT為出口處的截面積；Trm為出氣管道內(nèi)的氣體溫度，模型中近似為電堆的溫度;γ為空氣熱比率系數(shù)；Prm為出氣管路的壓力；Wrm.out為出氣管道出口的空氣質(zhì)量流量。

3 氫燃料電池凈功率模型

氫燃料電池堆的輸出功率可以表示為各個(gè)電池單體功率的和，假設(shè)電池單體的發(fā)電情況基本一致，則燃料電池堆的輸出功率可以表示為

Pout=VoutI=nVI

(13)

式(13)中：n為燃料電池堆單體的數(shù)目。

在氫燃料電池系統(tǒng)中，一般空氣由空壓機(jī)提供，空壓機(jī)的能耗來源于燃料電池所產(chǎn)生的能量，氧氣過量比越高，則帶來的空壓機(jī)的功耗相應(yīng)增加，空壓機(jī)的能耗一般比較高不容忽視。

根據(jù)文獻(xiàn)[11]可知，空壓機(jī)等熵功率模型可以表示為

式(14)中：Cp為空氣的恒壓熱容；ηcp為空壓機(jī)等熵效率；P0為大氣壓力；γ為空氣熱比率系數(shù)。

凈功率模型忽略其他電子附件的能耗，如水泵、電磁閥等，可以表示為系統(tǒng)的輸出功率與空壓機(jī)功率模型的差值，即

Ppure=Pout-Pcp

(15)

根據(jù)已搭建完成的氫燃料電池測試系統(tǒng)對建立模型進(jìn)行模型驗(yàn)證，采集不同工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制燃料電池極化曲線，并與仿真結(jié)果對比，仿真過程中主要參數(shù)如表 1所示。

表 1 氫燃料電池系統(tǒng)模型參數(shù)Table 1 Hydrogen fuel cell system model parameters

仿真與試驗(yàn)過程中，采用工況為：氧氣過氧比為2，環(huán)境溫度保持25℃，電堆溫度保持60℃，陽極側(cè)壓力比陰極側(cè)壓力高2×104Pa，陽極側(cè)壓力隨陰極側(cè)壓力大小改變，負(fù)載電流在0～300A，對應(yīng)燃料電池電流密度為0～1.2A/cm2。

仿真曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如圖 2所示。

圖 2 仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比圖Fig.2 Comparison diagram of simulation data and test data

試驗(yàn)數(shù)據(jù)在極化曲線曲率變化較大區(qū)域加密了采樣點(diǎn)，燃料電池空載時(shí)的開路電壓可達(dá)1.1V。在低電流密度區(qū)域，活化極化的影響顯著，由于試驗(yàn)過程中電堆溫度分布不均，質(zhì)子交換膜潤濕狀況差等因素的影響，電堆內(nèi)阻增大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)整體略低于仿真結(jié)果；在中間電流密度區(qū)域，歐姆極化的影響顯著，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在仿真曲線附近，誤差較小；在高電流密度區(qū)域，因?yàn)槿剂想姵貎?nèi)部水濃度較高，反應(yīng)生成的水覆蓋于催化劑表面不能及時(shí)排出，所以濃差極化的影響顯著。綜上所述，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的趨勢與極化曲線一致，在誤差允許范圍之內(nèi)，模型符合燃料電池的運(yùn)行情況。

4 氫燃料電池系統(tǒng)模型仿真結(jié)果分析

4.1 穩(wěn)態(tài)性能分析

4.1.1 陰陽極壓差的影響

設(shè)置電堆溫度為40℃，陰陽極壓差分別為0、1×104、2×104Pa。仿真結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 不同陰陽極壓差下輸出電壓隨負(fù)載電流的變化曲線Fig.3 Variation curve of output voltage with load current under different cathode and anode pressure difference

由圖 3可以看出，隨著負(fù)載電流的增大，電堆輸出電壓在不同的陰陽極壓差下性能表現(xiàn)接近，再將曲線局部放大之后，可以看出，在負(fù)載電流相同時(shí)電堆的輸出電壓以及輸出功率(輸出電壓曲線與X軸所圍成的面積)隨著陰陽極壓差的增大而增大。這是由于陽極壓力高于陰極壓力時(shí)，在壓差的作用下一定程度上促進(jìn)了水合氫離子從陽極向陰極的遷移，加速了電荷的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提升了電堆的輸出電壓以及輸出功率。

4.1.2 電堆溫度的影響

在研究電堆溫度對電堆輸出性能的影響時(shí)，選擇電堆溫度分別為40、60、80℃，設(shè)置陽極壓力高于陰極壓力2×104Pa。仿真結(jié)果如圖 4所示。

圖 4 不同溫度下輸出電壓隨負(fù)載電流的變化曲線Fig.4 Variation curve of output voltage with load current under different temperature

根據(jù)圖 4可以看出，隨著電堆溫度的升高，電池的輸出電壓逐漸升高，在相同的負(fù)載電流下，電堆的輸出功率隨溫度的升高而升高，電堆輸出電壓以及輸出功率的升高率也隨著溫度的升高而呈上升趨勢。這是由于電堆溫度升高，可以加快電化學(xué)反應(yīng)中粒子的運(yùn)動(dòng)速度，加快氧化還原反應(yīng)的進(jìn)程，同時(shí)溫度的提高可以改善電堆內(nèi)部加濕條件，有助于質(zhì)子的遷移，進(jìn)而提升電堆的輸出性能。為了滿足實(shí)際電堆的要求，電堆的工作溫度后續(xù)仿真中依然取60℃。

4.1.3 氧氣過量比的影響

在氫燃料電池系統(tǒng)工作過程中，氧氣過量比可以用來描述供給系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，是PEMFC系統(tǒng)工作過程中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。氧氣過量比即為空氣供給系統(tǒng)中氧氣的供給量與實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)中消耗的氧氣量的比值，可以表示為

(16)

式(16)中:λO2為氧氣過量比。氧氣過量比越大，一般情況下參與反應(yīng)的氧氣越多，輸出電壓越高，但是受限于質(zhì)子交換膜的有效面積，氧氣過量比較高的時(shí)候，輸出電壓的增加越來越不明顯，同時(shí)，氧氣過量比越高，空壓機(jī)的功耗越高，PEMFC系統(tǒng)的凈功率就受到影響。當(dāng)氧氣過量比較低時(shí)(如小于1)，氧氣供應(yīng)不會(huì)造成氧饑餓的現(xiàn)象，對燃料電池造成損傷。一般氧氣過量比在2左右比較合適。

仿真過程中，陰陽極壓力差為2×104Pa，電堆溫度為60℃恒定，負(fù)載電流分別為20、40、60、100A。在同一負(fù)載電流下，改變氧氣過量比，是為了防止發(fā)生氧饑餓現(xiàn)象，氧氣過量比仿真中最小為1.5，PEMFC系統(tǒng)的凈功率隨氧氣過量比的變化關(guān)系如圖 5所示。

圖 5 PEMFC凈功率隨氧氣過量比的變化曲線Fig.5 Change curve of PEMFC net power with oxygen excess ratio

圖5 可以看出，PEMFC系統(tǒng)的凈功率隨氧氣過量比的變化而有波動(dòng)，變化幅度不是很大。在同一負(fù)載電流下，凈功率隨氧氣過量比的增大均先增大后減小，主要是因?yàn)殡S著氧氣過量比的增大，供氣系統(tǒng)主要是空壓機(jī)所消耗的能量越多，使得整體的功率下降，在該負(fù)載電流下，存在著一個(gè)最佳氧氣過量比，在此時(shí)PEMFC系統(tǒng)凈功率最大，且最佳氧氣過量比與負(fù)載電流相關(guān)。負(fù)載電流為20A時(shí)，最佳氧氣過量約比為3.5，負(fù)載電流為40A時(shí)，最佳氧氣過量比約為2.9，負(fù)載電流為60A時(shí)，最佳氧氣過量比約為2.3，負(fù)載電流為100A時(shí)，最佳氧氣過量比約為2.3，可以認(rèn)為在高電流密度區(qū)域內(nèi)(大于60A)，最佳氧氣過量比的值為2.3，而在低電流密度區(qū)域(小于60A)，最佳氧氣過量比與負(fù)載電流呈反比例函數(shù)的關(guān)系。要保證氫燃料電池堆維持最大有效功率輸出，就需要將氧氣過量比控制在該負(fù)載電流下對應(yīng)的最佳氧氣過量比上。

4.2 動(dòng)態(tài)性能分析

為了研究PEMFC系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，設(shè)置電堆運(yùn)行溫度為60℃，陰陽極壓差為2×104Pa，負(fù)載電流的變化如圖 6所示，在0～15s，負(fù)載電流為150A；在15～25s，負(fù)載電流為170A；在25～35s，負(fù)載電流為200A；在35～45s，負(fù)載電流為180A，在45～55s，負(fù)載電流為140A；在55～60s，負(fù)載電流為160A。氧氣過量比的值如圖 7所示，對應(yīng)的電堆輸出電壓、輸出功率分別如圖 8和圖 9所示。

圖 6 負(fù)載電流變化曲線Fig.6 Load current curve

圖 7 氧氣過量比變化曲線Fig.7 Oxygen excess ratio change curve

圖 8 電堆輸出電壓變化曲線Fig.8 Stack output voltage change curve

圖 9 電堆輸出功率變化曲線Fig.9 Stack output power change curve

由圖 7的仿真結(jié)果可知，負(fù)載電流變化時(shí)，氧氣過量比的大小也隨之改變，其變化規(guī)律與管路壓力以及電堆陰極壓力的變化規(guī)律類似，負(fù)載電流增大時(shí)，氧氣過量比減小，負(fù)載電流減小時(shí)，氧氣過量比增大，由于響應(yīng)速度較快，響應(yīng)速度與負(fù)載電流變化的關(guān)系不是很明顯。

由圖 8的仿真結(jié)果可知，負(fù)載電流變化時(shí)，電堆的輸出電壓隨之變化，輸出電壓的變化規(guī)律與氧氣過量比的變化規(guī)律完全相同。

由圖 9的仿真結(jié)果可知，負(fù)載電流變化時(shí)，電堆的輸出功率隨之變化，輸出功率的變化與負(fù)載電流的變化呈現(xiàn)出相同的規(guī)律，負(fù)載電流突然增大時(shí)，輸出功率比突然增大，負(fù)載電流突然減小時(shí)，輸出功率也突然減小。

由氫燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果可以看出，負(fù)載電流的變化會(huì)直接影響系統(tǒng)不同位置的壓力狀態(tài)，打破系統(tǒng)壓力的平衡點(diǎn)，影響電堆的輸出性能。負(fù)載電流突然增大時(shí)，由電化學(xué)反應(yīng)方程式可知，在供氣量不變的情況下，系統(tǒng)所消耗的燃料(氧氣和氫氣)就越多，導(dǎo)致氧氣過量比突然下降，燃料直接消耗的環(huán)境壓力會(huì)突然下降，也就是陰極內(nèi)部壓力會(huì)最先下降，而后供給管道壓力也下降，負(fù)載電流增加得越多，所消耗的氧氣就越多，供給系統(tǒng)就越偏離原有平衡點(diǎn)，在壓力差的作用下也更快地恢復(fù)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)；負(fù)載電流突然增大時(shí)，導(dǎo)致參與反應(yīng)的氣體分壓突然降低，直接影響了系統(tǒng)的輸出電壓，致使輸出電壓降低，盡管輸出電壓降低，但是降低的幅度相對負(fù)載電流來說比較小，系統(tǒng)的輸出功率整體依舊是增大。

5 結(jié)論

首先對PEMFC系統(tǒng)模型的描述做出合理假設(shè)，在此基礎(chǔ)上，搭建了PEMFC的輸出特性模型、供給管道模型以及凈功率模型，其中輸出特性模型包括輸出電壓模型、輸出功率模型以及凈功率模型，供給管道模型包括氫氣供給管道模型和空氣管道模型。此外，根據(jù)空壓機(jī)的工作特性，將空壓機(jī)看作是一個(gè)穩(wěn)定的空氣源，通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)后的電磁閥可以實(shí)現(xiàn)空氣流量的調(diào)節(jié)，有效地避免了空壓機(jī)帶來的不利影響，通過凈功率模型確立了電堆工作的最佳氧氣過量比，該方式大大提高了供給系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及響應(yīng)時(shí)間。

對模型分別進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)仿真和動(dòng)態(tài)仿真研究。穩(wěn)態(tài)仿真主要研究了PEMFC系統(tǒng)的陰陽極壓差、陰陽極工作壓力、電堆的工作溫度以及氧氣過量比對電池性能的影響，分析不同工況下關(guān)鍵參數(shù)對電池的影響規(guī)律；動(dòng)態(tài)仿真為負(fù)載電流突變時(shí)，得到工況突變時(shí)電池的輸出性能隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線圖，分析PEMFC系統(tǒng)進(jìn)氣特性和輸出特性的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。根據(jù)仿真結(jié)果，得出結(jié)論如下。

(1)電堆的工作壓力、溫度、壓力差的升高對電堆的輸出性能有積極的影響。

(2)氧氣過量比的適當(dāng)增大可以提高電堆的輸出性能，但氧氣過量比過大時(shí)，則會(huì)降低氫燃料電池系統(tǒng)的凈功率。

搭建的燃料電池模型同樣適用于研究不同參數(shù)指標(biāo)的燃料電池系統(tǒng)，具有一定的普適性。根據(jù)仿真分析結(jié)果確定部分仿真研究的工作參數(shù)，為接下來系統(tǒng)控制目標(biāo)的提出、控制策略的制訂奠定了基礎(chǔ)。