質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）必須在60-80攝氏度左右工作。為了提高燃料電池的功率，會(huì)使用高速空氣壓縮機(jī)來提高電堆的進(jìn)氣壓力。但這也會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)寄生能耗的快速增長，占據(jù)了燃料電池系統(tǒng)總能量的40%以上。目前的主要解決方案是采用渦輪利用電堆余熱余壓來驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)，這可以降低空壓機(jī)能耗近30%。同時(shí)，采用渦輪膨脹機(jī)優(yōu)化空氣路系統(tǒng)可以有效利用廢氣中的壓力能和熱能，并直接輸出給空壓機(jī)，避免多次能量轉(zhuǎn)化中的能量損失，提高燃料電池效率。

本項(xiàng)目將開展燃料電池系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)的全三維計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬，針對(duì)空氣系統(tǒng)建模方法和空壓機(jī)、余熱利用渦輪匹配優(yōu)化展開研究，通過Matlab/Simulink和GT-Power 等軟件進(jìn)行仿真模擬與分析。本項(xiàng)目將對(duì)比優(yōu)化前后燃料電池堆、空壓機(jī)以及余熱利用渦輪三個(gè)子系統(tǒng)之間的能量流關(guān)系變化，以及對(duì)電池系統(tǒng)總能效的影響，來得出參數(shù)對(duì)于空壓機(jī)以及余熱利用渦輪與燃料電池匹配性能的影響以及可能的優(yōu)化方案。

目前本項(xiàng)目已經(jīng)成功使用Matlab/Simulink軟件對(duì)燃料電池模型的電堆部分、氫氣進(jìn)氣部分、熱管理部分進(jìn)行了建模，電堆是燃料電池系統(tǒng)的核心，因此建立電堆輸出電壓機(jī)理模型、陰極腔模型、陽極腔模型，對(duì)于研究燃料電池的輸出性能具有重要意義。使用GT-power軟件對(duì)空壓機(jī)、余熱利用渦輪部分進(jìn)行了建模，通過將兩者的耦合，得出空壓機(jī)和余熱利用渦輪的優(yōu)化匹配方案，從而減少空壓機(jī)寄生功率，實(shí)現(xiàn)燃料電池整體效率的提升。