燃料电池发动机控制系统设计开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1背景及研究现状

1.1研究目的及意义

汽车作为当前必不可少的交通工具,在造福人类的同时,也带来了能源短缺和排气污染等问题,尤其是造成了严重的都市型环境污染和地球环境污染[1]。正因如此,各个国家对于汽车排放的管制也日益严格,例如目前欧盟采用的欧Ⅵ排放标准,其中针对汽油机乘用车(M1类)排放标准为NOx≤0.06g/km,CO≤1g/km。一系列新能源汽便应运而生,电动汽车本身的局限性太多,如造价昂贵、电池容量小、充电时间长等,而燃料电池汽车便是较为清洁高效的一种,其中燃料电池等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能。[2]它不经过热机过程,因而其效率不受卡诺循环限制,能量转化效率高达40%~60%,可提高氢能的利用率;更为引人注目的是它对环境友好的特点,在其工作过程中几乎不排放氮氧化物和硫氧化物,在以氢气为燃料的燃料电池中产物更是只有水。若将其大规模生产并广泛用于汽车发动机,可以很大程度地改善全球环境[3]。可是由于燃料电池的主要燃料为氢气、甲醇等危险性较高的燃料,若操作不当可能引发较大事故,其可靠性的提高便成为了其商业化过程中不得不考虑的问题。要提高燃料电池发动机的可靠性 , 充分发挥其优势 ,除了要提高燃料电池本身性能和改进生产工艺以外,控制系统的作用更是举足轻重[4]。

1.2燃料电池发动机研究现状

Picshinger等首先提出了将空气系统和增湿相结合的概念;在传统的内燃机喷射用电池阀的基础上设计了增湿用的旋转喷雾电磁阀;将增湿的喷水阀置于空压机的进口处,在机内实现空气的增湿,同时水的蒸发对空气的冷却使其更接近于等温压缩[5]。

D.J.Freimdna等仿真分析了电堆、空气系统和水热管理系统之间的相互平衡,着重分析了空气压力和流量对各个子系统和整个系统综合效率的影响,以及高、低压系统不同的影响趋势,在高压系统中,热负荷主要由散热器承担,而低压系统中则主要由冷凝器承受[6]。

J.M.cunninghma在Dvasi燃料电池发动机系统的基础上,首先分析了有无废气涡轮(膨胀器)对系统性能的影响;指出采用低压系统或高压系统的优劣,在同等的功率下,低压系统具有寄生功率下,效率较高的特点,但同时其体积较大,重量比功率低,特别当高压系统匹配膨胀器时,可以进一步缩小于低压系统效率上的差距[7];J.M.cun-tringhma等还提出了关于燃料电池用空压机建模的方法论。J..PBidr对空压机的动态特性进行了进一步的仿真分析[8]。

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