在系统动态模拟方面,莫志军等[13]建立了电堆的参数模型,并运用Matlab中的Simulink仿真工具研究仿真模型,主要研究了参变量对电堆的动态性能和电堆的非线性内阻所产生的影响；刘呈则等[14]采用了小波神经网络辨识特性曲线来模拟实际的电压值,辨识出电堆电压的模型,并采用Matlab/Simulink仿真系统对所提出的控制系统进行了模拟仿真[20]。

1。4本文主要内容论文网

本课题旨在学习并了解质子交换膜燃料电池的组成、结构和工作原理；建立质子交换膜燃料电池的电特性模型；完成模型的建立和负载变化时电特性的变化研究，进行仿真研究；在燃料电池实训平台上进行实验研究。

1）通过查阅资料来学习质子交换膜燃料电池的组成、结构

2）通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)的组成结构、工作原理,运用电化学、流体动力学、热力学等学科理论,建立PEMFC电压数学模型,。 该模型将反映PEMFC 反应中各种物质的性质、浓度以及外界的温度、压力等因素与PEMFC电动势的关系。

3）完成模型的建立和负载变化时电特性的变化研究，进行仿真研究

研究电特性数学模型的工作特性，了解其各方面性能，通过比较总结，得出质子交换膜燃料电池的具体特性与优缺点，并在实训平台上对研究结果加以验证。

4）在燃料电池实训平台上进行实验研究

通过对实训平台的操作，更深层次地理解质子交换膜燃料电池的工作原理，熟悉质子交换膜燃料电池的工作特性，并与电化学模型进行对比验证，验证模型的正确性。

2  质子交换膜燃料电池及其建模方法

2。1 质子交换膜燃料电池原理文献综述

质子交换膜燃料电池中的基本反应过程可以通过图2。1进行简要的介绍。氢气通过图中的燃料气进口进入燃料电池的阳极，在阳极发生电化学反应，也即阳极反应，生成带正电的氢离子和电子，氢离子通过燃料电池中间的质子交换膜到达阴极，而产生的电子则是通过外电路到达阴极，外电路此时就产生了电流。氧气或者空气通过氧化剂进口进入燃料电池的阴极，与阳极过来的氢离子发生阴极反应，生成水分并且产生能量[21]。

图2。1 质子交换膜燃料电池中的化学反应

阳极反应：   

阴极反应：   

电池总反应： 

如图2。1所示，未能参与反应的燃料气和氧化剂都需要通过对应的燃料气出口和氧化剂出口及时排出，保持电池内部压力的稳定。同时，也要将反应生成的水分排出，防止水越积越多淹没电池的相关部件。

单个燃料电池发电时大概能产生O．7V左右的输出电压。因此，在燃料电池的实际应用过程中，需要将多个单电池串联起来，形成一个电池组或是电堆，用叠加之后的电压进行工作，达到使用要求。

2。2 电堆主要部件

构成质子交换膜燃料电池的主要材料与部件为电极（阴极与阳极）、催化剂、双极板和质子交换膜。

1）电极。质子交换膜燃料电池的电极为气体扩散电极，包括两层结构：一层为起到支撑作用的扩散层，另一层是电化学反应的场所—催化层[20]。

扩散层有很重要的作用：①支撑催化层，因此扩散层与催化层之间的接触电阻要比较小[20]；②为了传质的需要，扩散层应具有高孔隙率和适宜的孔分布状况[17]；③氧气的电化学还原反应需要阴极扩散层来输送电子，燃料的氧化产生的电流收集工作需要阳极扩散层完成，所以其导电性能要比较好；④在氧化还原反应时，不能产生降解或腐蚀[20]；⑤扩散层要有较好的散热性能[20]。