Thermolib燃料电池系统级建模方案
燃料电池的建模仿真
燃料电池的建模仿真虚拟样机是燃料电池的开发研制中不可或缺的重要工具燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。
燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。
图1 可拆分燃料电池的模型，可以作为手机电池实现多次充电。
如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。
燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。
燃料电池具有很多电子产品的优越性能，其中最突出的是高效率和高能量密度。
燃料电池可以将氢、天然气、碳氢化合物中的化学能高效的转化为电能，非常适用于汽车以及固定使用的小规模耗能产品。
燃料电池又因为具有很高的能量密度，使得他比普通电池更适于可携带设备。
在大部分汽车发动机中，汽油将燃烧产生的热能转化为机械能,转化效率受到卡诺循环的限制,普通的汽车的转化效率只有20%左右。
燃料驱动的车辆，燃料中的化学能首先转化为电能，然后通过电动机将电能转化为机械能。
这个过程不可避免的要受到卡诺循环的限制，导致内燃机引擎效率只有20%左右。
而燃料电池理论上转化效率可高达90%左右，要远远高于内燃机引擎的效率。
在实际应用中，这个效率能达到50%。
这意味着使用同样的燃料，燃料电池汽车行驶的距离将是普通汽车的两倍。
二氧化碳的排放量也更低，燃料电池低的运转温度几乎可以消除氮、硫氧化物的产生。
电子工业一直在追求燃料电池的微型化。
Motorola公司发现使用一个燃料元件的燃料电池手机的待机时间是普通电池手机待机时间的五倍。
除了作为手机电池，燃料电池还可以应用于笔记本电脑、MP3、MP4以及其他娱乐设备。
图1中是微型燃料电池手机充电器，电池是通过安醅中的可燃气体驱动，是由纽约Manhattan Scientific公司设计。
大功率燃料电池氢气系统建模与控制
【摘要】针对百千瓦级大功率燃料电池发动机的氢气系统进行了系统建模及控制策略开发，对大功率燃料电池系统进行架构分析，基于MATLAB/Simulink 进行引射器、阳极流道等核心部件的建模，并集成氢气系统整体模型。
基于该模型建立大功率燃料电池氢气系统进气与循环控制策略，通过实机测试验证了控制策略可针对工况变化做出快速、准确的响应，且氢气循环量满足氢气系统需求。
主题词：大功率燃料电池氢气系统MATLAB/Simulink 模型控制策略中图分类号：U469.72；TK91文献标识码：A DOI:10.19620/ki.1000-3703.20201025Hydrogen System Modelling &Control for High-Power Fuel Cell SystemZhang Jiaming,Ma Tiancai,Cong Ming,Yang Yanbo（Clean Energy Automotive Engineering Center,Tongji University,Shanghai,201804）【Abstract 】The model and control strategy of hydrogen system of 100kW high-power fuel cell system is designed and developed.Architecture of high-power fuel cell system is analyzed,the core components such as ejector and anode channel are modeled and simulated in MATLAB/Simulink.Based on hydrogen system model,the control strategy of hydrogen supply and recirculation is established.The test results show that the control strategy can make a rapid and accurate response to the change of working conditions,and the hydrogen circulation quantity can meet the demand ofhydrogen system.Key words:High-power fuel cell,Hydrogen system,MATLAB/Simulink model,Controlstrategy张家明马天才丛铭杨彦博（同济大学，新能源汽车工程中心，上海201804）大功率燃料电池氢气系统建模与控制**基金项目：广东省重点领域研发计划项目（2019B090909002）。
车用燃料电池热管理系统建模及其模型预测控制研究
车用燃料电池热管理系统建模及其模型预测控制研究
车用燃料电池热管理系统建模及其模型预测控制研究是燃料电池汽车技术中的重要一环。
燃料电池汽车是一种使用氢气作为燃料，通过燃料电池将氢气转化为电能，再通过电池组将电能转化为动力的汽车。
燃料电池汽车的能源转化效率较高，但是其热管理系统对汽车的性能和可靠性有着重要的影响。
目前，车用燃料电池热管理系统建模及其模型预测控制研究主要涉及以下几个方面:
1. 燃料电池汽车热管理系统建模
燃料电池汽车热管理系统由多个系统构成，如燃料电池发动机热管理系统、动力系统平台散热系统、电池热管理系统和空调系统等。
对这些系统的建模可以帮助研究人员更好地理解燃料电池汽车热管理系统的工作原理，并为优化系统性能提供依据。
2. 燃料电池汽车模型预测控制研究
模型预测控制是一种控制策略，通过将系统模型纳入控制框架中，实现对系统的精准控制。
在燃料电池汽车热管理系统中，模型预测控制可以帮助研究人员更好地控制燃料电池汽车的工作状态，提高其性能和可靠性。
3. 燃料电池汽车热管理系统仿真研究
仿真是一种重要的研究手段，可以帮助研究人员更好地模拟燃料电池汽车热管理系统的工作状态，评估系统性能，并为系统设计提供依据。
燃料电池汽车热管理系统仿真研究可以为研究人员提供宝贵的研究数据，帮助他们更好地优化系统性能。
车用燃料电池热管理系统建模及其模型预测控制研究是燃料电池汽车技术
中的重要一环。
通过深入研究这些方面，我们可以更好地理解燃料电池汽车热管理系统的工作原理，为优化系统性能提供依据，并提高燃料电池汽车的性能和可靠性。
燃料电池系统建模与控制研究
燃料电池系统建模与控制研究燃料电池作为一种新型能源，受到了越来越多的关注。
与传统的化石能源相比，燃料电池具有体积小、质量轻、安全、环保等优点。
然而，燃料电池系统需要制定合理的控制策略才能保证其稳定运行和高效输出。
因此，燃料电池系统建模和控制是该领域的重要研究问题。
一、燃料电池系统的建模在进行燃料电池系统控制之前，需要对其进行建模。
燃料电池系统建模的目的在于研究其内部机理及运行规律，为后续的控制策略提供基础和支持。
1. 整体系统建模整体系统建模是指对燃料电池系统整个过程进行建模。
主要是将燃料电池、电池板、传感器、控制器等组件相互联系起来，建立数学模型，研究它们之间的关系。
整体系统建模的模型可以包括动态模型、静态模型等，从而可以逐步进行仿真和控制。
2. 组分建模组分建模是指对于燃料电池系统中各个组件进行单独建模，然后再将其相互联系起来。
通过组分建模可以更加深入地研究组件之间的关系，更好地对燃料电池进行控制。
二、燃料电池系统的控制研究燃料电池系统控制是将控制策略应用到燃料电池系统中，通过实时调节参数以达到预定目标的过程。
常见的燃料电池系统控制包括开环控制、闭环控制、模型预测控制等。
1. 开环控制开环控制是指在燃料电池系统中，采用一定的输入信号，不考虑系统输出，直接控制燃料电池系统中能量的产生和消耗。
开环控制能简化系统建模和控制，但其不适用于复杂的燃料电池系统，因为它不能及时适应系统变化和不确定性。
2. 闭环控制闭环控制是指通过将系统反馈信号与期望值进行比较，实时对系统进行调整，保持系统输出值稳定和准确的过程。
闭环控制相较于开环控制更加灵活和准确，但对系统的建模及系统的控制策略要求更加高。
3. 模型预测控制模型预测控制是指通过预测系统未来状态来进行控制。
模型预测控制是一种高级的控制方法，其主要优点在于可以预测未来状态并相应地进行控制，从而保证系统输出的准确性和稳定性。
但是，由于模型预测控制需要消耗大量计算资源，因此在实际应用中需要考虑其计算效率问题。
家用燃料电池热电联供系统的建模与仿真
家用燃料电池热电联供系统的建模与仿真小型燃料电池热电联供设备作为一种同时满足热与电的切实可行的选择,近年来在国内外引起了人们极大的关注。
与传统的燃烧型热电联供设备相比,基于燃料电池的热电联供系统由于具有较高的综合效率、良好的部分负荷特性以及零污染等优势,在许多国家得到了大力推广。
若将燃料电池热电联供设备与市政燃气重整器联合设计并安装在家中,将显著减少能量运输过程中的损失。
因此,将燃料电池热电联供技术服务于家庭用户,有利于节能减排,具有一定的研究价值。
本文主要研究了含天然气重整器的燃料电池系统的建模、性能分析,以及燃料电池热电联供系统的运行控制等问题,主要工作及结论如下：(1)结合已有文献搭建了天然气制氢系统的模型。
制氢系统主要由燃烧炉、水蒸气重整反应器、高温水汽变换反应器、低温水汽变换反应器、选择性催化氧化反应器、高效换热器等设备组成。
燃烧器回收燃料电池出口的氢气尾气用于为重整反应提供热量,从而提高了制氢系统的效率。
在模型的基础上,分析了水碳比对系统性能的影响,得到最大效率下的水碳比；然后分析了燃烧室尾气温度对系统性能的影响。
最后与已有文献中的数据进行对比,结果显示仿真结果与文献中的结果相符合,为热电联供系统的仿真及性能分析奠定了基础。
(2)构建了质子交换膜燃料电池系统的数学模型。
燃料电池模型包含发电系统模型以及热模型。
其中发电系统模型包含电压功率子系统、氢气供应子系统、氧气供应子系统等模型。
同时根据燃料电池系统的热模型,计算了冷却水回收的热量。
最后,将天然气制氢系统模型与燃料电池系统模型结合,模拟了以天然气为原料的燃料电池系统的运行情况,分析了不同操作参数以及操作条件下的系统性能。
(3)对燃料电池进行热管理并设计了热电联供系统运行方案。
基于前文所建的燃料电池系统模型,搭建了燃料电池温度控制系统的模型,通过采用PID控制器控制电堆内冷却水的流量实现了电堆的温度控制；然后确定了热量回收与存储的方案并搭建了辅助热水器的模型。
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真1. 引言在当今汽车行业的发展中，新能源汽车作为一种环保、节能的交通工具，备受人们的青睐。
而燃料电池混合动力系统作为新能源汽车的重要动力系统之一，在汽车工程领域也备受关注。
本文将从燃料电池混合动力系统建模与能量管理算法仿真两个方面展开讨论，以帮助读者深入了解该领域的相关知识。
2. 燃料电池混合动力系统建模2.1 系统组成与工作原理燃料电池混合动力系统是由燃料电池、储能装置、电动机等多个组成部分组合而成的，其工作原理是将氢气和氧气在燃料电池中进行电化学反应，产生电能驱动电动机，从而推动汽车运行。
2.2 系统建模方法在进行系统建模时，我们通常采用物理建模和数学建模相结合的方式，利用计算机软件对系统进行仿真分析，以获得系统在不同工况下的性能参数。
3. 能量管理算法仿真3.1 能量管理算法的意义能量管理算法是燃料电池混合动力系统中至关重要的一环，其合理的控制策略能够最大程度地提高系统的能量利用率，延长储能装置的使用寿命，同时提高汽车的燃料经济性。
3.2 常用的能量管理算法目前常用的能量管理算法包括PID控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等，它们各有优劣，需要根据具体应用场景进行选择。
4. 个人观点与总结个人认为，燃料电池混合动力系统的发展前景广阔，但也面临着一系列挑战与机遇。
在未来的研究中，需要深入探讨系统建模与能量管理算法的优化与创新，以实现系统的高效、稳定运行，从而推动新能源汽车行业的健康发展。
在本文中，我对燃料电池混合动力系统建模与能量管理算法仿真进行了深入探讨，并结合个人观点进行了总结，希望能够为读者提供一定的参考价值。
燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真对新能源汽车行业的重要性无可否认。
随着环保意识的增强和能源问题的日益突出，新能源汽车已成为未来汽车发展的必然选择，而燃料电池混合动力系统作为其中一种重要的动力系统，其在汽车工程领域的发展备受重视。
对该领域的研究与探讨具有重要意义。
车用燃料电池空气系统建模与控制
车用燃料电池空气系统建模与控制随着汽车工业的不断发展，燃料电池已经成为了车用动力系统的一个重要方向。
而其中的空气系统是燃料电池堆能够正常工作的重要组成部分。
因此，建模和控制空气系统的性能，已经成为了燃料电池行业亟需解决的难题之一。
本文从建模、控制两个方面，来总结和分析车用燃料电池空气系统的问题及解决方案。
建模车用燃料电池空气系统所涉及的模块非常的多，主要包括压缩机、排气管、空气过滤器、进气系统、空气管道和氧气传感器等。
因此，建立车用燃料电池空气系统的数学模型非常必要，可以更准确地预测和控制系统的性能。
1. 模型建立车用燃料电池空气系统的模型建立，可以用控制工程中的传递函数来表示，可以将系统的输入（空气质量流量）和输出（空气压力、温度、含氧量等）之间的关系进行描述。
例如，可以采用如下的传递函数：G1(s) = 空气压力输出/空气质量流量输入G2(s) = 空气温度输出/空气质量流量输入G3(s) = 含氧量输出/空气质量流量输入2. 模型验证通过实验验证，燃料电池系统的空气系统模型具有良好的准确性和可靠性，符合实际操作情况。
因此，可以将空气系统的模型应用于燃料电池的控制中。
控制对车用燃料电池空气系统进行控制，需要根据各个传递函数来设定具体的控制策略。
控制主要包括PID控制和模型预测控制。
1. PID控制在PID控制中，需要设计如下的控制器：空气压力控制器：P1(s) = Kp1+Ki1/s +Kd1s；空气温度控制器：P2(s) = Kp2+Ki2/s +Kd2s；含氧量控制器：P3(s) = Kp3+Ki3/s +Kd3s。
其中，Kp、Ki、Kd分别是比例、积分和微分系数，需要根据实际的控制需求进行调整。
2. 模型预测控制在模型预测控制中，需要将燃料电池空气系统的模型表示为如下的状态空间方程式：x(k+1) = Ax(k) + Bu(k) + Bdd(d(k), Uk)y(k) = Cx(k) + Du(k)其中，x(k)是状态向量（包含压力、温度、含氧量等参数）、u(k)是输入向量（控制器输出），d(k)是干扰项，A、B、C、D是系统矩阵和增益矩阵。
燃料电池系统建模及控制方法研究的开题报告
燃料电池系统建模及控制方法研究的开题报告摘要：燃料电池是一种能够将化学能直接转换为电能的设备，具有高效、清洁、环保等特点，是当今研究的热点之一。
为了实现燃料电池的最优控制和优化运行，需要对燃料电池系统进行建模和控制方法的研究。
本文拟以贵州省某航天科技公司的燃料电池为研究对象，采用物理建模的方法，对燃料电池系统进行建模。
同时，应用现代控制理论和方法，对燃料电池系统进行控制，实现对系统的最优控制和优化运行。
关键词：燃料电池系统；建模；控制方法一、研究背景及意义燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，具有高效、清洁、环保等特点，是当今研究的热点之一。
燃料电池技术的发展，对提高我国能源利用效率，减少环境污染，保护生态环境具有重要意义。
燃料电池系统包括了电化学反应、材料舒展性、热机和流体动力学等多学科，系统具有高度耦合性，难以直接进行实验研究。
因此，对燃料电池系统进行建模，是实现最优控制和优化运行的基础，是燃料电池研究的重要内容。
燃料电池系统建模涉及到电化学、热传递、质量传递等多个物理过程，研究人员需要结合实际情况，选取合适的建模方法，得到准确且合理的模型。
同时，为了实现对燃料电池系统的最优控制和优化运行，需要应用现代控制理论和方法，结合模型特点，选择适合控制对象的控制算法，优化控制参数，提高系统控制性能，实现最大功率输出、效率最优化等目标。
本文拟以贵州省某航天科技公司的燃料电池为研究对象，采用物理建模的方法，对燃料电池系统进行建模。
同时，应用现代控制理论和方法，对燃料电池系统进行控制，实现对系统的最优控制和优化运行。
二、研究内容及方法本文主要研究内容包括以下两个方面：（1）燃料电池系统建模采用物理建模的方法，对贵州省某航天科技公司的燃料电池进行建模。
建模过程中，考虑燃料电池系统的电化学反应、热传递、质量传递等多个物理过程，选取合适的建模方法和参数，得到准确且合理的模型。
（2）燃料电池系统控制应用现代控制理论和方法，对建立的燃料电池系统模型进行控制，并实现系统的最优控制和优化运行。
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2.2. 1 2.2.2
燃料电池系统统成棋型
模型库预览
2 .2.2. 1 电均模 型库
2222 热力 学状态及属性模 型库
22 .2 .3 热及质 量转换模 型库
20
21 21
22 22
2 .2.2.4 压力反馈部件模 型库
2 .2.2. 5 气液源 、 数据池 、 化学平衡状态模型库等 2 .2.2 6 电气与控制模型库
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.:. 支持不同的燃料、介质等选择
2 燃料电池系统建模解决方案 基于 Thermo li b的I?&料电池系统级棋型 .:. 基于 MA TLAB@!Simuli nk@的热力学及燃料电池系统建模和仿真工具箱 . 口 解决燃料电池仿真
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整车集1&热管理 燃气轮机等热机系统
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Thermolib基于工程热物理方法的 燃料电池系统级建模仿真
Authors: Edwards Chen ( 山东氢探新能源)
Confidentiality: Public
氢探新能源 Fuel Cell Power In
目录
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燃料电池系统建棋挑战
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1. 1
PEMFC系统架构分析 燃料电池系统级主tt模挑战分析
· 机械
.:. 不同结构部非|
4
· 水循环
.:. 液冷系统压力反 till
.:. 液冷系统恒温控制 循环控制
•
电气
.:. 整流逆变、 D C DC
· 控制
阀、 泵 、电机、节气门等控制
· 热力 学
·:· 电堆j目u豆、浓冷系统温度、气相及液相影响
·:· 化学变化、不同部件热损耗等
· 化学
.:. 化 学 物质的剧性
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.:. HI L 以及 MI L的市求
·:· 基于 Matlab/S i m ulink
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今 快速搭建系统级模型
各 方便的前后处理及运行调试
•
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令 基本数学建模理论
· 热力学基本定律(热力学第
令 电化学基本理论
定律 )
.:. 热及质子传输基本理论
心 基本的化学物质 的热物理参数
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