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燃料电池建模及虚拟整车仿真 汤一枫 MathWorks总部高级应用工程师 概述 ▪ 质子交换膜(PEM) 燃料电池简介 ▪ 燃料电池建模方法的概览 – 面向系统集成的方法 – 面向热力学的方法 ▪ 燃料电池虚拟整车模型 ▪ 结语 1 什么是质子交换膜(PEM) 燃料电池 1 + → +ℎ + H O2 2 2 2 2 2 ▪ 阳极→ 氧化H2 H+ ▪ 阴极→ 还原O2 - - ▪ 电极→ 运输电子 e e ▪ 质子交换膜(PEM) → 运输H+ e- + - H e ▪ 液冷通道→ 温度控制 ▪ 电气特性 – V ~ 1.25 volts max – i ~ 1-2 A/cm2 – 串联形成电压更高的电堆 H O 2 2 为什么是PEM燃料电池？ ▪ 电气化大趋势 ▪ 优势 – 相对于传统燃料的低排放 – 电池燃料经济性比传统燃料高 – 可扩展性更高 Source: /wiki/Toyota_Mirai – 能量密度更高 ▪ 不足 – 高成本 – H2 的储运挑战 – 系统易受杂质影响而发生性能劣化 ▪ 技术/资金投入 Source: /wiki/Fuel_cell 3 燃料电池建模工具- Simscape ▪ Simulink 环境中的物理建模工具 – 基于物理连接的模块建模方式 – 多物理域基础组件库及附加产品库 – 基于方程式的建模语言(微分方程及代数约束) ▪ 使用Simscape建模 – 使用Simscape语言定制模块 – 从模型到C代码生成的“ 白盒测试” – 与MATLAB和Simulink的无缝整合 4 燃料电池模型概览 ▪ 面向系统集成 – 基于输入-输出/ 查表 – 用于集成和监控 ,