使用等效电路简化质子交换膜燃料电池分析

质子交换膜燃料电池的另一个重要建模方法是使用等效电路。这种模型的好处是通过使用等效电路代替燃料电池，可以简化质子交换膜燃料电池的分析、模拟或研究。在本节中，我们将介绍文献[22]中提出的典型电路。

这里介绍用数学方法来建立质子交换膜燃料电池堆的动态模型。以下是一些假设^{[2，4，8，18，23]}：

●一维处理。

●气体是理想的和均匀分布的。

●在燃料电池气体流道里压力恒定。

●燃料先被加湿，氧化剂是加湿的空气。假设阳极有效水蒸气压是饱和蒸气压的50%，而阴极有效水蒸气压是饱和蒸气压的100%。

●燃料电池在100℃以下工作，反应产物是液体的。

●在电池堆平均温度下进行热力性能评估，整个电池堆的温度变化可忽略，并且假定整个电池堆的比热容量是常数。

●单个燃料电池的参数可以加起来代表燃料电池堆的参数。

图3-6是质子交换膜燃料电池及其内部电压降的示意图。至于质子交换膜燃料电池的工作细节，读者可以参考文献[18，23，24]。(www.xing528.com)

图3-6 质子交换膜燃料电池和电压降的示意图

在研究了氢气和氧气的有效分压后，可以用文献[25]中的理想气体方程来研究氢气和氧气有效分压的瞬态变化。燃料电池输出电压可以写成如下^[22]：

V_out=E-V_c-V_act1-V_ohm

式中 E——每个电池的可逆电压（V）；

V_c——整个电容的电压；

V_act=V_{act 1}+V_{act 2}，其中V_{act 1}=η₀+a（T-29）是只受燃料电池内部温度影响的电压降；而V_{act 2}=bTln（I）是依赖电流和温度的电压；

V_ohm——总的欧姆电压降。

根据以上电压输出方程，可以得到图3-7所示的等效电路。在这个电路中，C是双层充电效应的等效电容。