质子交换膜燃料电池空压机系统能量分析与优化

"质子交换膜燃料电池空压机系统与能流分析 (2012年)" 本文主要探讨了质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统中的关键组件——空压机系统的能流分析，以及其对电堆性能的影响。质子交换膜燃料电池是一种高效、低噪音、低污染的能源系统，其核心部分是电堆，由阴极和阳极组成，其中阴极需要比阳极更高的气体压力以优化性能。 在分析中，首先，作者从理论角度出发，考虑了电堆阴极对空压机出口压力和流量的需求。这涉及到对PEMFC工作原理的理解，因为适当的空气供应直接影响燃料电池的电化学反应速率和整体效率。电堆阴极的压力通常需维持在0.05至0.10 MPa的范围内，以确保气体的有效扩散和反应。 接着，作者依据能量守恒原则对双螺杆压缩机在PEMFC供气系统中的能量流动进行了整体分析。这部分讨论了电机的控制策略，指出电机的性能、压缩机的特性、电机转速以及电堆的控制输出目标之间存在着密切关联。电机作为空压机的动力源，其效率和控制方式直接影响到空压机的工作效率和能耗。 空压机系统模型通常分为机理建模和辨识建模，其中机理建模因具有较少的局限性而在实际应用中更为常见。双螺杆压缩机在PEMFC系统中起着至关重要的作用，不仅提供必要的空气流量和压力，而且其效率直接关系到整个系统的运行效率。在空压机运行过程中，电机的输入电能会转化为多种形式的能量，如压缩空气的内能，而这些能量转换过程与气体的状态参数（如压力、流量和温度）紧密相关。 传统研究多侧重于燃料电池电堆本身的性能，但本文特别强调了空压机系统作为辅助设备对PEMFC整体性能的影响。通过深入分析电机输入电压、电机特性和压缩机性能之间的相互作用，可以优化电机控制策略，从而降低空压机的能耗，提升燃料电池系统的总体效率。 该研究对理解PEMFC系统中空压机的作用及其能效优化具有重要意义，为空压机的设计和控制提供了理论基础，对于燃料电池技术的发展和应用具有积极的推动作用。同时，这也提醒研究人员在研究燃料电池时不应忽视辅助设备对其性能的潜在影响。