14、PEM燃料电池模型：原理、验证与简化

PEM燃料电池模型：原理、验证与简化

1. PEM燃料电池模型概述

在PEM燃料电池模型中，涉及多个关键因素和子模型，用于描述燃料电池的运行和性能。

1.1 热相关因素

• 水相变热 ：(\dot{Q} {phase}) 表示与水相变现象相关的热量，计算公式为 (\dot{Q} {phase} = \frac{\Delta H_{vap}}{M_{H_2O}}(r_{v,ca} + r_{v,an}))。
• 有用电功 ：(\dot{W} {elec}) 描述有用的电功，计算方式为 (\dot{W} = I V {fc})，其中 (V_{fc}) 是燃料电池电压。
• 对流热传输 ：(\dot{Q} {conv,ca}) 和 (\dot{Q} {conv,an}) 是从膜电极组件到通道的热对流通量，分别通过特定公式计算；(\dot{Q} {amb}) 是从控制体积到环境的对流通量，根据牛顿冷却定律计算，即 (\dot{Q} {amb} = h_{amb} A_{s,st}(T_s - T_{amb}))。若环境空气通过风扇送入燃料电池，对流换热系数 (h_{amb} = \rho_{air} C_{p,air} v_{air})。

1.2 电化学子模型

燃料电池电压通过从理论开路电压中减去不可逆电位损失来计算，即 (E_{cell} = E_{ocv} - \eta_{a