车用质子交换膜燃料电池耐久性仿真研究

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1、车用质子交换膜燃料电池耐久性仿真研究HydrogenPolymerElectrolyteFuelCellDegradationSimulationinAutomotiveApplication（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位:汽车工程系学科:动力工程及工程热物理研究生:艾希指导教师:李建秋教授二〇一六年六月关于论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存

2、该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：_______摘要摘要燃料电池汽车通常采用包含燃料电池和锂电池的混合动力系统。为了优化这个系统，一个能够真实反映系统工作状态的仿真模型显得尤为重要。利用此模型，系统部件的参数优化以及控制策略设计才能很好的开展。由于燃料电池非常复杂且受到很多因素的影响，所以燃料电池的性能衰退对于模型设计来说是一个很重要的研究点。在现有的一些模型中，有的使用了非常繁琐复杂的燃料电池衰退机理模型，并与整车仿真直接结合在一起，但是这类复杂的模型并不是在任何时候都是必须的

3、.在本文的研究中，一个简化改良的燃料电池衰退模型被增加到现有的燃料电池模型中，来使其达到一个相似的效果。本文调研了现有的关于燃料电池性能衰退方面的研究，为模型选取了合适的参数。最终，本文使用了一个基于燃料电池单体工作电压的性能衰退模型，通过当前燃料电池工作电压来确定系统的性能衰退速度。此模型可以用于简单快速地评估燃料电池的系统设计以及能量管理控制算法。最终，本文在考虑燃料电池系统启停过程的基础上，分析预测了NEDC工况下燃料电池系统的性能衰退和使用寿命。外界温度、燃料的纯度以及燃料电池的工作温度对系统的影响在本文

4、中忽略不计。关键词：PEFC，燃料电池，衰减模型，使用寿命IAbstractAbstractFuelcellpoweredvehiclesusuallyemployafuelcellstackplusLithiumbatteryhybridpowertrain.Todevelopsuchsystems,calibratethesizingoftheircomponentsandcreatingthecontrolalgorithms,modelsareneededthatperformclosetothereal

5、system.Oneofthekeyissuesofsuchmodelsisthedegradationbehaviourofthefuelcellsinceitisverycomplexanddependsonavastvarietyofimpactfactors.Existingmodelsthatcombineindetailchemicalmodelswiththeoverallvehiclesimulationareunnecessarilyextensive.Inthisthesisanexistin

6、gsoft-runsimulationmodelisusedandimprovedthroughincludingamorerefineddegradationmodel.Thisisdonebyreviewingtheexistingresearchonfuelcelldegradationandvoltagedecayratesfirstandthenchoosingsuitablevaluesforthemodel.Eventuallythedegradationfunctionisimplementedi

7、ntothemodelthatprovidesdegradationratesbasedonthesinglecellvoltage.Thisshouldbeasimpleandquicktoolforengineerstoevaluatetheirsystemdesignsandenergymanagementcontrolalgorithms.Finallyanend-of-lifepredictionisgivenforthesystemusingthevoltagedegradationovertheco

8、urseoftheNEDCandincludingtheshut-downandstart-upprocessofthevehicle.Theinfluencesofoutsidetemperatures,fuelpurityorfuelcelloperatingtemperatureareneglected.Acommonlydesiredlifetimeabove5,