钟 勇, 刘 檩, 侯 健

(福建工程学院 机械与汽车工程学院， 福州 350000)

0 引 言

燃料电池因其自身不受卡诺循环的约束，能量转化率较高且产物基本是不影响大气的绿色产物等特点，成为了现今国内外高效、洁净的发电技术的不二选择。文中所讨论的质子交换膜燃料电池(PEMFC)除了拥有燃料电池本身的优点外，更是有着快速启动、电解液零流失、易排水、寿命长等优点。在如今新能源高速发展的趋势下，质子交换膜燃料电池已经广泛应用于航空、车载、船运等多个领域，成为了新能源行业的热点[1]。

在质子交换膜燃料电池模型中，经常使用机理与经验相结合的方式来搭建数学模型[2]。最经典的是Amphlett等[3]提出的一维稳态等温的电化学(SSEM)模型。之后Mann等[4]以Amphlett的SSEM模型为基础，提出了普遍适用的稳态电化学(GSSEM)模型。张颖颖等[5]以机理分析模型为基础再结合经验模型的数据，得到了能够精确预测多种Nafion 17膜的阻抗特性的膜阻抗模型。莫志军等[6]在Matlab中通过设计主要运行参变量实现了PEMFC电堆的稳态仿真，同时指出了Simulink模型仿真具有实时性和有效性。陈新传等[7]以热力学和动力学为基础，提出了基于Simulink仿真平台搭建的PEMFC电化学仿真模型。

笔者以PEMFC模型为研究对象，通过Simulink和Cruise-M两个仿真平台进行仿真对比，分析PEMFC模型在Simulink和Cruise-M中的适用性和差异性。

1 工作原理

质子交换膜燃料电池反应方程式为

阳极反应：H2→2H++2e-

图1 PEMFC的基本工作原理Fig. 1 PEMFC basic working principle

2 PEMFC电堆模型的建立

2.1 PEMFC电堆的数学模型

在本文的研究中，为了便于模型建立，在此作出以下合理假设：