3。2 仿真系统的设计 。。 22 

3。2。1 界面设计 。。 23 

3。2。2 系统程序设计 。 25 

3。2。3 PID 控制器设计 。。 26 

3。3 设计结果。。 26 

3。4 本章小结。。 27 

4．仿真及结果分析 28 

4。1 系统的有效性验证 28 

4。2 输出性能分析。 30 

4。3 本章小结。。 32 

第 II 页 本科毕业设计说明书

结论。 35 

致谢。 36 

参考文献 37 

1 绪论

1。1 PEMFC 的研究背景及研究意义

能源是发展提高人民生活水平和发展国民经济的重要物质基础，而传统能源结构及利用 方式越来越难以适应人类生存发展的需要。新能源利用技术将不断地被开发并利用，燃料电 池就是一种潜力巨大的新能源，它被誉为继火力、水力、核电之后的第四代发电技术。 论文网

与其它类型的燃料电池相比,质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有功率密度高、运行温度 低、稳定性好、响应快以及当使用纯氢气时不会造成环境污染等特点，适用于混合动力车辆、 便携式动力源以及分布式发电，具有非常好的前景。 

由于 PEMFC 的工作性能受氢气压力及流量、负载状况、环境温度及电堆温度等多种因 素的影响，所以为确保 PEMFC 正常且尽量多地在最优状态下运行，就必须要研究并监测这 些影响因素，即要求对各因素对 PEMFC 的影响行为及结果加以掌握，并能开发出适当的测 控系统对 PEMFC 的状态进行连续、实时地监测，以便对运行故障做到能够提前预测、准确 诊断和及时排除，保证电池工作在最佳状态，从而提高发电效率和延长电池使用寿命。 

1。2 PEMFC 仿真系统研究现状

1。2。1 数学模型

1。2。2 控制策略

1。2。3 仿真软件

1。3 本论文主要研究内容

本课题旨在通过 LabVIEW 图形化设计软件来仿真 PEMFC 发电系统，检测并控制系统的 运行状况，使电池能够持续工作在稳定状态。

本文首先探讨了 PEMFC 的发电原理、机理模型和 LabVIEW 编程的一般方法，基于此设 计了 PEMFC 发电仿真系统，用户可根据实际条件和要求在仿真系统上进行参数设置和参数 调整，并能观察到电压、电流、电堆温度、最佳工作温度的输出波形和采集实时数据。最后， 从实际角度出发验证了该软件系统的可应用性，并针对此系统提出了能使用户体验更优和仿 真结果更准的改进方法。 PEMFC的数学模型及特性分析

对PEMFC进行研究并最终开发出一款仿真软件，前提是要对PEMFC的工作原理、基本构成以及系统组成，尤其是数学模型有一个基本的了解和掌握。

2。1PEMFC的构成及工作原理

2。1。1PEMFC的主要元件

构成PEMFC的重要元件有电极、质子交换膜与集流板（双极板），如下图2。1所示：

图2。1PEMFC单电池构成

（1）电极：通常由扩散层和催化剂层两部分组成。扩散层使用导电多孔材料，用于收集电流、为催化剂层提供支撑，并为电化学反应提供排水通道、电子通道和气体通道。催化剂层是发生电化学反应的场所，其内部结构粗糙多孔，因而有足够的比表面积以促进氧气和氢气的电化学反应。文献综述

（2）质子交换膜：作用是将还原剂和氧化剂相隔离、传导质子。

（3）集流板（双极板）：作用是分隔氧化剂和还原剂、收集电流、引导反应气体均匀分布。目前多使用无孔石墨板、表面改性的金属板等材料。在电堆中，利用工艺将两极的集流板背靠背制作在一起就构成了双极板。