燃料电池amesim说明书中文版Word文档下载推荐.docx

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3.1。

局限性.........................................................................................1515

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。

CellComponents库中组件的端口.................................................31

5.3。

SimcenterAmesim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。

SimcenterAmesim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...）。

SimcenterAmesimTM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SimcenterAmesim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SimcenterAmesim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SimcenterAmesim，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

SimcenterAmesim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

您可以使用全套线性分析工具来开发燃料电池控制策略和算法。

您可以评估稳定性，响应性，准确性和其他重要的控制系统指标。

1.3.3自定义和集成您的燃料电池建模

您可以创建自己的组件，自定义预先存在的组件，然后将自己的代码直接添加到模型中。

SimcenterAmesim模型与Simulink交互。

这意味着您还可以将使用此工具构造的控制模型添加到SimcenterAmesim模型中。

2.燃料电池组件库中使用的建模方法

2.1作为通用库集合的解决方案

燃料电池组件库属于燃料电池解决方案（请参见图1）。

最后一个由不同的通用库和平台功能组成。

燃料电池组件库由使用其他SimcenterAmesim库中的组件构建的超级组件组成。

要访问超级组件的详细信息，可以将超级组件拖放到草图上，然后右键单击以访问“打开超级组件”功能。

然后，重要的是要了解，有可能构建完整的FuelCell*.ame系统，从而耦合通用物理库以及超级组件的FuelCellComponents库中的组件集合：

这些超级组件可以对燃料电池系统中常用的燃料电池堆和辅助设备的行为进行功能仿真。

这些组件可以轻松地与其他库中的组件连接，例如混合气体，潮湿空气，电气基础知识，热，热液压，冷却系统，信号...

在SimcenterAmesim中，不同的库专用于每个特定的物理域。

这些库必须与燃料电池组件库共同使用，以便开发完整的燃料电池系统的模型。

假定读者熟悉SimcenterAmesim的使用，尤其是上面提到的库。

如果不是这种情况，建议您在尝试以下示例之前，阅读这些不同的手册并进行教程练习。

2.2．不同比例的燃料电池建模

还可以使用燃料电池组件库中的超级组件，以便快速建立燃料电池系统的模型。

它们也可以用作启动器。

使用超级组件的模型并进行一些改进，用户可以非常快速，轻松地构建新的，更高级的组件模型。

对于涉及作为电化学反应的复杂现象的组件，功能模型已在此库中成为首选。

它们与基于复杂方程式的物理模型有很大不同，此类模型的参数有时难以设置，并且其详细程度通常对系统仿真没有用。

功能模型更易于使用。

它们的主要特征是：

•它们的参数保持轻松设置。

•他们的结果也更易于分析，通常足以在系统级别进行仿真。

•由于它们使用的是最简单的方程式，因此功能模型还可以缩短CPU时间。

例如，正如我们将在电池堆建模中在本手册中看到的那样，模型基于极化曲线图。

该极化曲线可以由电池组供应商提供，也可以从实验中获得。

使用该图代替更复杂的电化学方程式是一种避免在每个电极发生的电化学动力学反应中使用波动参数的方法。

但是，如果用户需要考虑燃料电池内部物理现象的细节，SimcenterAmesim可提供多尺度方法。

可以使用电化学，气体混合物和电基础知识库提供的组件来开发电池堆的物理模型。

3.燃料电池的类型

3.1．局限性

燃料电池组件库是从仅用于气体的混合气体组件开发而来的。

由于SimcenterAmesim中目前没有用于管理液体混合物的相应库，因此燃料电池组件库目前只能模拟燃料电池堆，其中产物和反应物为气体。

这意味着参与反应的化学物种只能由气体混合物库中提供的GMGD00X组件定义。

它没有链接到当前版本的燃料电池组件库，而是链接到SimcenterAmesim中不存在的液体混合物库。

这样的库很可能会在不久的将来开发。

3.2．涵盖的燃料电池类型

4.燃料电池原理

4.1．一般原则

燃料电池是电化学转化装置。

它由燃料（在阳极侧）和氧化剂（在阴极侧）产生电，它们在电解质的存在下发生反应。

反应物流入电池，反应产物从