PEM燃料电池系统

这个例子展示了如何用自定义Simscape™模块建模质子交换膜(PEM)燃料电池堆。PEM燃料电池通过消耗氢气和氧气，产生水蒸气来发电。自定义块表示膜电极组件(MEA)，并连接两个独立的湿空气网络:一个用于阳极气体流，一个用于阴极气体流。

两个潮湿空气网络代表不同的气体混合物。阳极网络由氮气(N2)、水蒸气(H2O)和氢气(H2)组成，代表燃料。氢气储存在燃料箱中，压力为70兆帕。一个减压阀以0.16兆帕左右的压力向燃料电池堆释放氢气。未消耗的氢被再循环回堆栈。阴极网络由氮气(N2)、水蒸气(H2O)和氧气(O2)组成，代表来自环境的空气。压缩机以可控的速率将空气带入燃料电池堆，以确保燃料电池不会缺氧。一个背压安全阀在烟囱中保持0.16 MPa左右的压力，并将废气排放到环境中。

燃料电池堆内的温度和相对湿度必须保持在最佳水平，以确保在各种负载条件下高效运行。较高的温度会增加热效率，但会降低相对湿度，从而导致更高的膜电阻。因此，在该模型中，燃料电池堆温度保持在80℃。冷却系统在电池之间循环冷却剂以吸收热量，并通过散热器将其排出到环境中。加湿器用水蒸气使气体饱和，以保持膜的水合性，并将电阻降至最低。

自定义MEA块是在Simscape代码中实现的FuelCell.ssc．阳极和阴极气通道管道块的输出端口F提供了模拟燃料电池反应所需的气体摩尔分数。通过可控微量气源(MA)块从阳极和阴极气流中去除H2和O2。水的产生和水汽通过MEA的运输是由控制湿度源(MA)块实现的。反应产生的热量通过热端口H发送到连接的热质量块。有关实现的其他详细信息，请参阅代码中的注释。

另请参阅PEM电解系统的例子。

引用:

Dutta, Sandip, Sirivatch Shimpalee和J. W. Van Zee。PEM燃料电池中阴极和阳极通道之间质量交换的数值预测。国际热与传质杂志44.11(2001): 2029-2042。

EG&G技术服务公司燃料电池手册(第七版)。美国能源部化石能源办公室，国家能源技术实验室，2004年。

Pukrushpan, Jay T.， Anna G. Stefanopoulou，和Huei Peng。燃料电池动力系统控制:原理、建模、分析和反馈设计。斯普林格出版社，伦敦，2004年。

明镜,科琳。PEM燃料电池建模与MATLAB仿真。爱思唯尔,2008年。