MATLAB驱动的模块化燃料电池系统动态建模与优化平台

资 源 简 介

本项目构建了一个基于MATLAB的燃料电池系统模型，支持自定义电堆连接方式、运行参数调整和动态负载模拟。提供效率分析、寿命预测和热管理功能，便于系统优化与研究。

详 情 说 明

模块化燃料电池系统动态建模与优化分析平台

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB的模块化燃料电池系统仿真平台。平台实现了燃料电池系统的动态建模与多物理场耦合仿真，支持用户灵活配置电堆模块的连接拓扑、运行参数及负载曲线，可对系统性能、效率、寿命及热管理进行综合分析，并提供可视化结果与优化建议。

功能特性

• 模块化建模：支持自定义模块数量与电堆连接方式（串联/并联），并可通过邻接矩阵或连接表定义复杂拓扑结构。
• 多物理场耦合仿真：集成电化学（Butler-Volmer方程）、热力学与流体动力学模型，实现电-热-流体的协同计算。
• 动态性能分析：模拟动态负载电流下的电压响应、效率变化及气体传输过程，生成极化曲线与功率特性图。
• 系统诊断与预警：提供单模块故障预警、系统衰减率分析及能量平衡统计，支持寿命预测。
• 优化与对比分析：自动对比不同运行参数组合与连接方案，输出最佳运行区间与配置推荐。

使用方法

1. 设置单堆参数：在指定输入区域定义燃料电池单堆的活化面积、膜厚度、催化剂类型等基本参数。
2. 配置系统拓扑：输入模块数量，以邻接矩阵或连接表形式描述模块间的电气连接关系。
3. 指定运行条件：设置氢气/空气进气压力、流量、环境温度及负载电流时间序列。
4. 运行仿真：执行主程序，系统将自动进行动态求解与多场耦合计算。
5. 查看结果：平台将生成极化曲线、温度分布热力图、气体浓度动画等可视化结果，并输出诊断报告与优化建议。

系统要求

• 操作系统：Windows 10/11 或 Linux（Ubuntu 18.04+）或 macOS（10.14+）
• MATLAB：版本 R2020a 或更高版本
• 必要工具箱：MATLAB Simulink, Symbolic Math Toolbox, Optimization Toolbox

文件说明

主程序文件承担了仿真流程的核心调度功能，具体包括：初始化用户输入的参数与运行条件，根据系统拓扑构建模块化燃料电池网络的数学模型，调用电化学与传输动力学求解器进行动态仿真，执行多物理场（电、热、流体）的耦合计算与状态监测，并最终生成性能图表、诊断报告及优化分析结果。