基于有限元方法的電池組電流分布檢測(cè)分析研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）在近年來(lái)作為新生能源在許多方面得到應(yīng)用，其中最主要的就是為燃料電池電動(dòng)汽車提供主要?jiǎng)恿?。作為?dòng)力源，要保證PEMFC在工作過(guò)程中的穩(wěn)定性是極為重要的。由于燃料電池自身因素及燃料供應(yīng)各方面影響，在工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種非正常狀況，最顯著的結(jié)果即導(dǎo)致燃料電池局部電流密度分布不均。為了改善這種情況，需要對(duì)燃料電池內(nèi)部電流分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而有針對(duì)性地對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整以使燃料電池系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。到目前為止，

2、國(guó)內(nèi)外在該方面的研究已經(jīng)取得一定成果，但大部分檢測(cè)手段仍受限于接觸測(cè)量。為了解決這一問(wèn)題，本文提出了電池內(nèi)部電流分布的非接觸監(jiān)測(cè)方法。主要的研究?jī)?nèi)容及研究成果如下：
　　介紹了電池的工作原理以及建模狀況，然后建立了電池的磁場(chǎng)、機(jī)理等模型，在 MATLAB/SIMULINK平臺(tái)仿真并分析了 KW級(jí)電堆的機(jī)理模型，結(jié)果表明對(duì)于該模型，在 PID控制的情況下電池的輸出功率響應(yīng)速度比較快，同時(shí)具有較好的抗干擾性，基本滿足要求?；谠撃Ｐ停?/p>

3、利用硬件平臺(tái)進(jìn)行了電流與電壓之間關(guān)系的仿真分析，結(jié)果符合要求。
　　對(duì)建立的PEMFC單池磁場(chǎng)模型，利用ANSOFT MAXWELL2D軟件進(jìn)行了外部磁場(chǎng)仿真分析。仿真情況包括所建模型的邊緣子單元至中心子單元的局部缺氧情況，以及PEMFC的正常工作情況，并針對(duì)各種仿真情況進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明，PEMFC外部磁場(chǎng)分布與其內(nèi)部電流分布有密切聯(lián)系，內(nèi)部電流分布可以由外部磁場(chǎng)分布強(qiáng)度及形狀基本反映出來(lái)。然后介紹了利用電池外部磁感應(yīng)強(qiáng)度

4、值對(duì)電池內(nèi)部電流分布進(jìn)行反推計(jì)算的算法，以MATLAB軟件為媒介實(shí)現(xiàn)。由此算法針對(duì)之前仿真情況分別進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證，并對(duì)計(jì)算結(jié)果逐一進(jìn)行了分析。計(jì)算結(jié)果表明，該算法對(duì)PEMFC內(nèi)部電流分布計(jì)算所得結(jié)果有一定的參考性。當(dāng)缺氧局處于電池邊緣時(shí)，計(jì)算結(jié)果誤差處于可以接受范圍；當(dāng)缺氧區(qū)向電池中心移動(dòng)時(shí)，計(jì)算結(jié)果誤差增大，但有一定參考性。同時(shí)從電池外部磁場(chǎng)分布可以簡(jiǎn)單判斷缺氧區(qū)所處位置。
　　利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備對(duì)PEMFC內(nèi)部電流均勻分布以及