鄭榮和臺灣大學:機械工程學研究所吳文獻Wu, Wen-HsienWen-HsienWu2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-2507200815362400http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187322本研究旨在建立質子交換膜燃料電池（PEMFC）電堆模型，有別過去大多使用複雜有限元素模型之方法，改以代數方程式進行電堆性質描述，並以系統參數反應不斷累加的方式來得到燃料電池動態模擬結果，減少系統模擬時間。本研究可提供質子交換膜燃料電池系統開發者與實驗者，快速預測燃料電池的性能表現，縮短系統開發與實驗的時間。本研究使用美國MathWork公司所研發的MATLAB /Simulink軟體，作為此質子交換膜燃料電池電堆模型之開發工具。研究將質子交換膜燃料電池（PEMFC）電堆依據其物理特性，劃分為大模型區塊，包含電氣特性模型、溫度及熱傳特性模型、質傳特性模型，並且把參數分為外部參數、燃料電池系統特性參數、系統變動參數。分別針對此三大模型區塊，撰寫MATLAB/Simulink程式，建立模型程式與驗證模型的準確性。最後把三大模型加以整合，完成質子交換膜燃料電池電堆模型開發，並且使用不同輸入參數，分析本模型的計算結果，用來預測燃料電池的性能表現。This research is for the purpose of establishing the proton exchange membrane fuel cell （PEMFC） stack model. And the model in this study will be described by the algebraic equation which is different from complex finite element method. The system parameters are accumulated unceasingly to obtain the fuel cell dynamic simulation result and the model can reduce the simulation time. Moreover, this research provides for the PEMFC system developers and experimenters to calculate the performance of the fuel cell and reduce developmental and the experimental time. Besides, we use the MATLAB/Simulink software which is developed by American MathWork Corporation as development kit of PEMFC stack model.ccording to their physical properties, this research divides PEMFC stack model into three main programs. They contain electrical model, heat transfer model and mass transfer model, and also divide parameters into external parameters, fuel cell stack parameters and dynamic parameters. We program MATLAB/Simulink codes separately for the three models and then confirm the model exactitude. Last but not least, the three models will be combined to form PEMFC stack model, which is used to analysis fuel cell performance with the different input parameters.致謝 I要 IIbstract III錄 IV目錄 VII目錄 XII號說明 XIII一章 緒論 1.1 研究背景與動機 1.2 研究目的 2.3 研究方法 4.4 論文架構 5二章 理論背景與文獻回顧 7.1 燃料電池簡介 7.1.1 燃料電池種類 7.1.2 燃料電池運作原理 9.1.3 燃料電池元件與材料介紹 10.1.4 燃料電池極化損失 11.2 文獻回顧 12.2.1 交換電流密度效應 15.2.2 極限電流密度效應 16.2.3 接觸阻抗效應 17.2.4 燃料電池水管理 18.2.5 雙極板流道壓力降 19.2.6 結論 19三章 PEMFC穩態模擬模型 21.1 電氣特性模型 22.1.1 流體參數特性計算區塊 24.1.2 總熱焓量計算（ΔH）區塊 28.1.3 吉布斯自由能（ΔG）計算區塊 28.1.4 燃料電池特性計算區塊 291）活化極化損失模型區塊 302）濃度極化損失模型區塊 323）歐姆極化損失模型區塊 38.2 電氣模型程式撰寫結果 40.3 電氣特性模型驗證 44.4 質傳特性模型 53.4.1 水質傳數學模型 54.4.2 氣體壓力與體積流率數學模型 55.5 電氣模型與質傳模型整合 58.6 穩態模擬模型研究總結 58四章 PEMFC動態模擬模型 61.1 溫度及熱傳數學模型 61.1.1 定義雙極板流道尺寸區塊 65.1.2 熱傳導數學模型區塊 70.1.3 熱對流數學模型區塊 70.1.4 總熱交換數學模型區塊 73.2 熱傳模型程式撰寫結果 75.3 溫度及熱傳模型驗證 78.4 穩態及動態模型整合 80五章 PEMFC模型參數分析 83.1 穩態模型預測結果分析 83.1.1 預測項目 83.1.2 穩態模型程式模擬結果討論 85.2 動態模型模擬結果分析 100六章 結論與建議 103.1 成果總結 103.2 未來研究方向 104考文獻 1056553917 bytesapplication/pdfen-US質子交換膜燃料電池燃料電池模型燃料電池系統Proton exchange membrane fuel cellFuel cell modelFuel cell systemSimulinkthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187322/1/ntu-97-R95522504-1.pdf