Характеристики батареи топливных элементов

Пример получения БТЭ

Расположение

SimInTech\Demo\Водород\Батарея топливных элементов\Характеристики батареи топливных элементов\ Характеристики батареи топливных элементов.prt

Описание

Пример демонстрирует работу блока "Батарея топливных элементов" (БТЭ) библиотеки "Водород" при получении характеристик батареи топливных элементов (БТЭ): вольт-амперной характеристики, зависимости мощности тепловыделения, массового расхода воздуха на входе в БТЭ, потребляемого БТЭ массового расхода водорода, коэффициента полезного действия (КПД) и электрической мощности БТЭ от силы тока.

Данный пример почти идентичен примеру "Возникновение ошибки по напряжению", но отличается от него настройками блока "Линейный источник", такими что, выход за пределы диапазона напряжения БТЭ не осуществляется.

На рабочей области проекта (Рис. 1) изображен блок "Батарея топливных элементов", заданы значения его входных портов. Значения выходных портов подаются на блоки "Фазовый портрет" для получения зависимостей от силы тока, генерируемой БТЭ.


Рис. 1. Рабочая область проекта.

Формулы интересующих зависимостей приведены в [1]. Газодинамические параметры воздуха и водорода выбраны произвольно, но они соответствуют реальным значениям, которые могут возникать при работе БТЭ.

Значения входных портов: точки росы водорода и воздуха равны соответственно 45 °С и 50 °С, давления водорода и воздуха равны соответственно 1.7 бар и 1.6 бар, стехиометрические отношения по водороду и воздуху равны соответственно 1.5 и 2, температура термостатирования БТЭ равна 65 °С.

Профиль силы тока представляет собой линейную зависимость от времени от 0 до 250 А (Рис. 2), время расчета равно 10 секундам.

Нужно учитывать, что условием правильной эксплуатации топливного элемента с протонообменной мембраной является поддержание давления водорода, подаваемого на вход БТЭ, на уровне 0.1 бар выше, чем давление воздуха на входе БТЭ.


Рис. 2. Заданный профиль требуемой силы тока БТЭ.
Ниже (Рис. 3, Рис. 4, Рис. 5, Рис. 6, Рис. 7, Рис. 8) изображены графики зависимостей основных характеристик БТЭ от силы тока.


Рис. 3. Вольт-амперная характеристика БТЭ.


Рис. 4. Электрическая мощность БТЭ от силы тока.


Рис. 5. Мощность тепловыделения БТЭ от силы тока.


Рис. 6. Массовый расход воздуха на входе БТЭ от силы тока.


Рис. 7. Массовый расход водорода, потребляемый БТЭ, от силы тока.


Рис. 8. Коэффициент полезного действия БТЭ от силы тока.

Используемые блоки

Литература

  1. Гелиев А.В., Варюхин А.Н., Захарченко В.С., Киселев И.О., Журавлев Д.И. Формирование облика электрической силовой установки на базе топливных элементов и аккумуляторных батарей для сверхлегкого самолета. — 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), Уфа, Россия, 2019, с.1–17, doi: 10.1109/ICOECS46375.2019.8949950.