GT-SUITE 燃料电池系统仿真建模操作教程

概要

该教程共分为四部分，系统覆盖燃料电池建模与集成核心内容：第一部分为燃料电池基础模型建模，第二部分为空气系统建模，第三部分为氢气系统建模，第四部分为热管理系统集成。内容上，不仅详细讲解燃料电池电化学模型的构建方法与极化曲线标定流程，还针对引射器、气液分离器、循环泵、VNT、加湿器等系统关键部件的建模展开说明；同时介绍如何结合计量比控制器与压力控制器，实现燃料电池在不同负荷下的瞬态表现模拟，最后展示热管理系统的集成仿真全流程。

 

模型一：燃料电池基础模型

燃料电池基础模型在给定恒定流量边界的基础上，进行了极化曲线标定。借助燃料电池膜电极组件（MEA）的物理特性（如膜厚度、催化剂载量等）和关联式（如欧姆损失计算式、传质系数关联式），确定将应用于该燃料电池的电压、物质传输及热量生成相关参数。关于极化曲线标定，通过软件自带设计优化工具进行，选择设计因子、设区间与目标，运行后获取最优结果。

 

模型二：氢气系统模型

氢气系统模型由氢气循环系统与排水系统构成，核心部件涵盖循环泵、引射器、气液分离器。通过整合氢气循环流量控制、阳极压力控制及排水控制，实现氢气系统的瞬态仿真。其中，引射器模型特别设置了多组分适配功能，有效提升了模型在实际工程场景中的实用性。

 

模型三：空气系统模型

在氢气系统模型的基础上，进一步集成空气系统部件，具体包含 VNT 增压系统、加湿器、气液分离器及扫气阀；同时结合计量比控制器、压力控制器与湿度控制器，实现空气系统动态特性的精准模拟。其中，GT-SUITE 提供的计量比控制专用模块，可依据燃料电池氧气消耗率与扫气支路流量，自动确定压气机转速以匹配燃料电池的空气需求。该模块为集成式设计，用户可直接调用，大幅减少模型控制环节的调试工作量。此外，软件中的 Turbin 部件支持多 map 建模，能完美契合 VNT 模型的搭建需求，为建模工作提供了极大便利。

 

模型四：系统集成模型

完整的燃料电池系统模型涵盖燃料电池堆模型、氢气系统、空气系统与热管理系统四大核心模块。在给定动态电气负载的工况下，可实现全系统的动态仿真。该模型不仅展示了热管理系统的模型测试流程与集成方法，还支持用户结合简单控制策略，通过分析燃料电池堆的温度变化曲线，直观评估热管理系统设计的合理性，同时精准判断燃料电池整体的动态性能表现，为系统优化提供数据支撑。