孙桂芝　宋振泉

摘 要：本文简述了质子交换膜燃料电池的结构及工作原理，重点介绍了燃料电池电压与电流模型结构和建模原理，并在Matlab/Simulink平台上对所建燃料电池模型进行仿真。仿真分析结果反映出电池活化极化损耗、欧姆损耗以及浓度极化损耗随电流增大而改变的关系，最终以燃料电池极化曲线的形式显示出来，为燃料电池电动汽车建模与控制仿真奠定基础。

关键词：燃料电池;建模仿真;Matlab/Simulink

中图分类号：TM911.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）06-0126-04

Modeling and Simulation of Proton Exchange Membrane Fuel

Cell Based on Matlab/Simulink

SUN Guizhi1 SONG Zhenquan2

（1. Department of Automobile and Ship Engineering， Yantai Vocational College，Yantai Shandong 264670;2. Yantai Star Automobile Service Co.， Ltd.，Yantai Shandong 264000）

Abstract： This paper briefly described the structure and working principle of the proton exchange membrane fuel cell， focusing on the fuel cell voltage and current model structure and modeling principle， and simulated the built fuel cell model on the Matlab/Simulink platform. The simulation analysis results reflected the relationship between battery activation polarization loss， ohmic loss and concentration polarization loss as the current increased， and finally displayed in the form of fuel cell polarization curve， laying a foundation for fuel cell electric vehicle modeling and control simulation basis.

Keywords： fuel cell;modeling and simulation;Matlab/Simulink

燃料电池是一种將储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池具有无污染、零排放、无振动和噪声、能量转换效率高等优点，目前，燃料电池电动汽车受到了学术界和企业界的高度重视[1-2]。

在进行燃料电池建模时，由于电流密度的不同，电化学反应过程中，活化极化损耗、欧姆损耗以及浓度极化损耗会影响燃料电池的电动势。本文主要研究燃料电池建模期间活化极化损耗、欧姆损耗以及浓度极化损耗对燃料电池电动势的影响，并在Matlab/Simulink中搭建仿真平台，通过仿真得出燃料电池三种电压损耗和燃料电池的极化曲线。

1 燃料电池结构及工作原理

质子交换膜燃料电池的基本原理是电解水的逆反应，其单体由阳极、阴极、质子交换膜等组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。

质子交换膜燃料电池的核心是具有独特功能的聚合物膜，该聚合物膜不透气，但可以传导质子。……