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首页燃料电池amesim说明书中文版.docx
1.简介 将燃料堆集成到燃料电池系统中是棘手的。 实际上,燃料电池系统包含许多相互配合的组件(电池堆,冷却辅助设备,空气和氢气供应系统,电力转换,加湿装置...)。 最重要的是,涉及多种物理现象(电,热传递,流体流动,电化学...)。 Simcenter AmesimTM软件中的燃料电池组件库专用于开发燃料电池系统的用户。 该库可以更好地了解组件之间的相互作用以及系统的多物理现象。 然后,它可以用于设计和优化系统内部燃料电池堆的集成。 当前,该库提供的堆栈模型更专用于两种燃料电池: •P.E.M.F.C(=质子交换膜燃料电池), •S.O.F.C(=固体氧化物燃料电池), 尽管它们具有不同的特性(电极上的电化学反应,水的生成侧...)。 但是,通过使用PEMFC的超级组分模型,用户可以轻松地对其进行修改,以便获得例如AFC(碱性燃料电池)或PAFC(磷酸燃料电池)的模型。
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资源推荐

目 录 ................................................................ ...................................................
..................3
1.简介............................................... ................................................... ........... 7
1.1。燃料电池设计面临的挑战...................... .................................................... 7
1.2 。 应 用 实 例 ...............................................
..................................................................... 9
1.3。如何使用燃料电池组件库? ................................................... ........... 9
1.3.1。在不编写计算机代码的情况下对燃料电池系统建模....................................... 9
1.3 。 2 。 在 您 的 燃 料 电 池 系 统 中 计 算 您 自 己 的 参
数...................................................... 10
1.3 .3。自定义和集成您的燃料电池模型.................................................... ......... 10
2.燃料电池组件库中使用的建模方法............................................... ....... 11
2.1。作为泛型库汇编的解决方案.................................................... .................... 11
2.2 。 燃 料 电 池 建 模 的 不 同 比 例 ....................................................
...................................... 14
3.燃料电池的类型.............. ........................ .............................................. 15
3.1。局限性...................................... ................................................... 15 15
3.2。覆盖的燃料电池类型.................................. .............................................. 15
4.燃料电池原理................................................ ...................................................
......... 17
4.1。一般原则 ................................................ ...................................................
....... 17
4.2。 PEMFC 原理... ................................................... ... 17
4.3。 SOFC 原则... ................................................... ....... 19
5.燃料电池组件库入门................................ ................. 21
5.1。第一个示例的构造和参数化.................................................... ....... 21
5.2。 Cell Components 库中组件的端口....................................... .......... 31
5.3 。 Simcenter Amesim 哲 学 ..............................................
................................... 33
5.4。结果的模拟和分析..................................................... .............................. 35
5.4.1。 PEMFC 堆栈... ................................................... ... 35
5.4.2。加湿器 ................................................. ...................................................
............. 38
5.4.3。冷凝器................................................. ...................................................
........... 39
5.4.4 。 油 箱 ................................................. ...................................................
..................... 40
6.燃料电池组件库要考虑的重要规则................ ............ 45
6.1。电位参考要求.............................................. ...................... 45
6.2。堆中电流的符号约定 ................................................. ..................................
46
6.3 。 Simcenter Amesim 的 因 果 关 系 分 配 .............................................
................... 46
6.4 。 其 他 因 果 关 系 冲 突 : 代 数 循 环 .....................................................

.................................... 47
6.5 。 其 他 重 要 规 则 ...............................................
................................................... ... 47
7. 燃 料 电 池 组 件 库 .................................................
................................................... 49
7.1 。 组 件 类 型 .....................................................
................................................... .. 49
7.1.1。超级成分............................................... ...................................................
49
7.1.2 。 定 制 的 子 模 型 ......................................................
................................................... 50
7.2 。 堆 叠 ...................................................... ...................................................
.......................... 52
7.2.1 。 理 论 ..................................................................
................................................... .................. 53
7.2.2。如何在堆栈组件中为极化曲线建立数据文件? ....... 55
7.2.3 。 教 程 ................................................... ...................................................
............... 62
7.3 。 冷 凝 器 ................................................. ...................................................
................. 77
7.3.1 。 理 论 ..................................................................
................................................... .................. 77
7.3.2 。 教 程 ................................................. ...................................................
................. 78
7.4 。 加 湿 器 ................................................. ...................................................
................... 90
7.4.1 。 理 论 ..................................................................
................................................... .................. 90
7.4.2 。 教 程 ................................................. ...................................................
................. 91
7.5 。 油 箱 ................................................. ...................................................
......................... 103
7.5.1 。 理 论 ..................................................................
................................................... ................ 103
7.5.2 。 教 程 ................................................. ...................................................
............... 104
8. 燃 料 电 池 系 统 ............................................... ...................................................
..................................... 109
8.1。完整的堆叠系统..................................... ......................................................
109
8.2 。 混 合 动 力 汽 车 ...................................................
................................................... ........... 112
9. 结 论 .................................. ...................................................
................................. 115

参 考 资 料 ... ................................................... ...................................................
............ 117
词 汇 表 ................................................. ...................................................
...................................... 119

1.简介
将燃料堆集成到燃料电池系统中是棘手的。 实际上,燃料电池系统包含许多相互配合的组
件(电池堆,冷却辅助设备,空气和氢气供应系统,电力转换,加湿装置...)。 最重要的
是,涉及多种物理现象(电,热传递,流体流动,电化学...)。
Simcenter AmesimTM 软件中的燃料电池组件库专用于开发燃料电池系统的用户。 该库
可以更好地了解组件之间的相互作用以及系统的多物理现象。 然后,它可以用于设计和优
化系统内部燃料电池堆的集成。
当前,该库提供的堆栈模型更专用于两种燃料电池:
•P.E.M.F.C(=质子交换膜燃料电池),
•S.O.F.C(=固体氧化物燃料电池),
尽管它们具有不同的特性(电极上的电化学反应,水的生成侧...)。
但是,通过使用 PEMFC 的超级组分模型,用户可以轻松地对其进行修改,以便获得例如
AFC(碱性燃料电池)或 PAFC(磷酸燃料电池)的模型。
1.1 燃料电池面临的挑战
燃料电池及其在车辆中的应用前景如何? 使用它们的所有控制,可驱动性,耐用性和效率
方面是否可以与支持它们所需的组件和子系统的复杂性和成本相平衡? 燃料电池将用于哪
些固定式发电应用? 如果您的公司参与了燃料电池,燃料电池组件或以燃料电池为动力的
车辆和系统的开发,那么您将面临许多模拟可以帮助您解决的挑战:
•您的燃料电池系统的最佳水管理策略是什么?
•哪些空气处理组件和系统设计将提供最佳的系统效率?
•与其他竞争性常规或混合动力车辆配置相比,拟议的燃料电池系统是否可以显着提高效
率? 如何有效管理热负荷?•
•在给定的占空比下,燃料电池汽车的行驶里程是多少?
燃料电池组件库将帮助您找到应对未来燃料电池技术挑战的解决方案。 与市场上的任何其
他软件相比,该库使您可以通过建模和仿真解决更多的燃料电池应用问题。 您可以减少对
制造和实验室测试的依赖,并更快,更经济地预测性能。
该模型库将适用于固定式和移动式燃料电池应用,并将为优化燃料电池系统的性能,效率
和成本提供强大的工具。 在由工程师设计和开发该库时,该库着重于您在对燃料电池系统
的复杂动力学建模时想要获得的结果。
燃料电池堆性能
评估系统压力,温度和湿度对燃料电池堆性能的影响。确定达到您应用程序的最佳燃料电
池性能所需的系统复杂性级别。
车辆性能
通过将燃料电池组件库与其他 Simcenter Amesim 库结合使用,您可以快速构建完整车
辆布置的仿真,包括各种燃料电池系统配置。因此,您可以使用这些模拟来确定燃料电池
组件,电动机以及电池/电容器尺寸对车辆性能或行驶范围的影响。

车辆效率
研究各种燃料电池配置的权衡。制定控制策略以提供响应性和燃油经济性的最佳组合。匹
配压缩机,涡轮机和其他燃料电池子系统组件的尺寸,以最大程度地减少能源浪费并从系
统中 获取最大收益。
车辆驾驶性能
确定车辆对驾驶员需求变化的瞬态响应。
热力和水管理
将燃料电池仿真与其他 Simcenter Amesim 库中的组件结合起来,以建立完整的热力和
水管理系统的综合仿真模型。有效的热力和水系统对于燃料电池的成功移动应用至关重要。
1.2 应用实例
负载跟随与电池
/
燃料电池组合动力总成的研究
为了使燃料电池动力总成具有成本竞争力,必须仔细检查主要的设计决策,例如使用负载
跟踪还是储能系统。 电池的使用允许燃料电池以最佳效率稳定地运行。 然而,电池增加
了车辆的重量,成本和包装要求。 为了帮助评估电池 /燃料电池与负载跟踪系统之间的权
衡,可以使用燃料电池组件库构建动态车辆模型。
这些模型表明,通过使用诸如电池之类的储能系统,有可能实现 25%的燃油经济性节省。
然后可以将计算出的燃油经济性节省与电池成本和包装进行比较,以帮助确定最佳配置。
1.3. 如何使用燃料电池组件库?
1.3.1
无需编写计算机代码即可对燃料电池系统进行建模
燃料电池组件库是一组 Simcenter Amesim,可让您快速建立复杂的燃料电池系统模型,
而无需编写代码或导出方程式。
燃料电池组件库将由代表燃料电池系统所有关键部分的组件组成。 这些包括燃料电池堆及
其辅助设备(冷凝器,加湿器和储罐)。
每个组件代表一组微分方程和代数方程,这些方程表征了燃料电池元件的动态和稳态行为
您不必是燃料电池或建模专家就可以成功地模拟燃料电池系统。
1.3.2
在燃料电池系统中计算自己的参数
您可以将自己的参数和数据添加到“燃料电池组件”库组件中,以自定义燃料电池模型。这
些可以通过制造商的规格或测试结果来提供。您甚至可以将实验室数据合并到模型中,或
使用燃料电池组件库中提供的默认参数。
模拟和分析燃料电池系统动力学
燃料电池组件库允许您通过计算整个系统中的所有重要现象来模拟和分析系统动力学:温
度,流量,成分,压力,电压和电流。
快速仿真
Simcenter Amesim 有效地整合了数值不连续性和高度非线性的事件。此功能可以减少
仿真运行时间。
线性分析与控制系统设计
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