Simulink和AMESim的PEMFC冷却系统联合仿真

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1、第3l卷第3期佳木斯大学学报(自然科学版)VoI．31No．32013年O5月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)May2013文章编号：1008—1402(2013)03-0338-05基于Maflah／Sinulink和AMFSim的tEMb~冷却系统联合俞林炯，陈凤祥，贾骁，周苏(1．同济大学汽车学院．上海201804；2．同济大学新能源汽车工程中心汽车学院．上海201804)摘要：为研究质子交换膜燃料电池发动机冷却系统控制策略，针对45kWPEMFC发动机设计了综合型冷却系统，运用Matlab／Sim

2、ulink和AMESim软件建立了冷却系统联合仿真模型，模型主要由冷却循环泵、冷却水管路、膨胀水箱、旁路分流阀、散热器和中冷器组成．利用该模型对PEMFC在各工况点的冷却特性进行了仿真，分析了冷却系统各部件对冷却效果的影响，为制定PEMFC发动机温度控制策略提供了依据．关键词：PEMFC；冷却系统；AMESim；Simulink；联合仿真中图分类号：TP391．9文献标识码：A热特点，基于现有的燃料电池冷却系统结构，设计0引言了综合型冷却系统，将中冷器也集成到冷却系统质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将化学中，利用Simulink和AMESim两个仿真平台各自的能转

3、化为电能的装置，具有运行温度低、功率密度优势建立了PEMFC发动机冷却系统联合仿真模高、低温启动快、能量转换效率高和零污染等优点，型，利用模型对PEMFC冷却系统的冷却效果和影是很有可能取代内燃机的一种新型汽车动力响因素进行了仿真分析．源[～引．1PEMFC冷却系统建模根据PEMFC的实际工作效率，系统运行时产生的热能几乎和电能一样多，主要包括电化学反应PEMFC发动机的冷却方式有水冷和风冷两生成热、欧姆热和外界辐射热，较大的热负荷使燃种，水冷型冷却效果优于风冷型，本文研究的是水料电池热管理成为目前研究的重点之一．热管冷式冷却系统，包括冷却循环泵、冷却水管路、水理研究的

4、内容是PEMFC系统热量的生成、传递以箱、旁路分流阀、散热器、中冷器以及相应的控制及冷却方式，目的是通过合理的热量分配和利用，器，系统结构布置如图1所示．促使整个系统在某个温度范围内实现吸放热平衡，现有的PEMFC发动机冷却系统主要集中在电堆温度场分布均匀，从而使电池高效运行．电堆的冷却，对空气的冷却都是单独考虑，而在本研究发现，温度的高低对电堆性能影响很大，研究中将PEMFC系统空气端的中冷器也归并人低温时电堆内各种极化增强，欧姆阻抗也较大，电冷却系统中，以冷却液为主线将PEMFC系统穿起池性能恶化；高温时欧姆阻抗降低，同时较少极来，从而为全面分析冷却系统对PEMFC

5、发动机性化，有利于提高电化学反应速度和质子在膜内的传能的影响提供可能．递速度，电池性能变好．但温度过高时会导致膜脱冷却系统的模型是在Matlab／Simulink和水，电导率下降，电池性能变差，因此，冷却系统AMESim两个平台上建立的．Matlab／Simulink建模对PEMFC运行有着重要的意义-4J．目前，对于燃的优势在于可以建立较为简洁的模型，并为模型的料电池发动机内部的水热管理阐述较多，对冷控制提供了大量工具包；AMESim的建模优势是提却系统的研究主要集中在冷却系统试验、水热管理供了大量的液压和热力学系统库，为冷却系统的建系统设计以及电堆的温度控制，专门针

6、对冷却系统模提供了现成模块，建模时不需要深入研究模块内的建模仿真较少．本研究根据PEMFC发动机的散部的计算机理，从而简化了建模过程，同时能保证①收稿日期：2013—03—25作者简介：俞林炯(1988一)，男，浙江人，同济大学汽车学院，硕士生，研究方向：质子交换膜燃料电池建模与控制第3期俞林炯，等：基于Matlab／Simulink和AMESim的PEMFC冷却系统联合仿真339模型的准确性．联合仿真模型的中冷器和旁路阀模交换库等组件库的支持下，建立了冷却系统模型，型在Simulink上建立，其余部分在AMESim平台上模型基本结构如图2所示．建立．tJ：l—⋯“●管

7、道模块图2AMESim模型结构图1．2．1散热器模型散热器是整个冷却系统最关键的部件，PEMFC发动机90％以上的热量通过散热器散发，因此，散热器的特性直接决定了整个冷却系统的散变图1冷却系统结构量热能力．在AMESim中散热器是用水一气热交换器表示的．1．1Simulink模型散热器的散热量主要是冷却液体积流量和风1．1．I中冷器模型一速的函数，可以表示为：中冷器的主要作用是降低空压机出口的空气Q=LUT(。。，Vair)(5)温度，间接提高空气相对湿度．中冷器入口空气温冷却液流量。可由水泵模型计算得到，风度可由空压机模型求得；人口冷却