燃料电池系统的 operation strategy

         为了研究PEM电池，开启的控制方式（operation strategy），并研究这些operation strategy对PEM电池的使用寿命的影响，最后依据这些数据预测PEM电池的使用寿命，并对比不同operation strategy下（即不同情况下）的PEM寿命的对比。

    根据这些要求，整个课题的研究策略如下所示：

    根据研究需求，我们依据上面的步骤进行；

首先进行电池对象和启动工作策略的建模，考虑需求，这里建立两种不同的启动方式；

然后根据不同的启动方式计算对应的损耗；

然后计算电池的损耗对电池使用寿命的影响；

最后依据不同启动方式对电池的寿命的影响预测电池的使用寿命。

2.1 电池对象建模

    建立这个模型的目的就是在于建立PEM模型，并建立操作启动策略仿真电池启动的时候，对电池的损耗。    

       下面我们首先介绍PEM燃料电池的建模：

    其正负两极的反应公式为：

 

一般情况下，导致电池损耗的因素主要有：

首先，我们通过建模，对PEM燃料电池的基本性能进行仿真分析。

     这个部分的模型主要见：

   

这个部分的程序主要是你在写论文的时候首先介绍PEM燃料电池的性能的时候用到。

    上述模型中，输入的控制变量主要有温度T，氢气量HP，氧气量OP，电流密度Start，膜厚度我们这里主要讨论这5个变量。

    一般情况，先分常温和低温3种情况进行分析，考虑两个极端：

    首先考虑常温（40摄氏度）下电池的工作情况，

    最后考虑低温（-40摄氏度）下电池的工作情况。

通过对比，仿真效果如下所示：

 

    然后考虑电池的膜厚度对性能的影响：

 

    然后考虑输入氢气量对性能的影响：

    然后考虑输入氧气量对性能的影响：

    从上面的仿真结果可知，在常温下，电池的工作状态最佳，而膜厚度越薄，性能越好，但是由于工艺的因素，膜厚度做到0.0178即可。另外氧气和氢气对系统的性能影响不大，一般取等比例即可。

这里，我们所采用的启动策略算法步骤如下所示：

    启动策略一（普通启动策略）：

这个部分，模型中，选择SEL=0，调用普通启动策略。

普通启动和普通停止，其方式为：

启动：

    启动的时候，同时通入氢气和氧气。

停止：

    停止的时候，同时切断氢气和氧气。

这个部分，我们首先运行simulink，然后运行main1.m文件。得到如下的仿真结果：

    这个是我们使用普通模式开启停止循环100次的仿真结果，从仿真结果可知，电池的效率略有下降，在最后，我们将通过这些数据进行使用寿命的预测。

    启动策略二（改进启动策略）：

这个部分，模型中，选择SEL=1，调用改进启动策略。

改进启动和改进停止，其方式为：

启动：

    先用干燥的空气吹扫阳极，去掉前一次阳极残留的氢气，然后通入氧气，同时逐渐增加氢气量直到和氧气量相同。

停止：

    由于PEMFC 在关机过程中性能的衰减，主要是由于残留在阳极侧的氢气所引起的，所以，在断开的时候，我们首先断开氢气，然后通过控制，在一定时间之后再断开氧气，从而防止残留氢气的大量存在。

    这个部分，我们首先运行simulink，然后运行main2.m文件。得到如下的仿真结果：

    从上面的仿真结果可知，采用改进后的启动停止策略之后，系统的性能有所提升。

2.3 损耗对寿命的影响

    对于寿命的预测，我们主要通过上面得到的数据进行预测，这里我们将使用神经网络进行预测。

通过对比，改进后的电池，其使用寿命大大增加了。

 

最后，如果软件运行出错，请使用MATLAB2010b，即7.11.0版本。