燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转换为电能的动力装置,其具备能量转化效率高、占地面积小、布置灵活等优势,在未来具有广阔应用前景和市场空间。基于燃料电池的热电联供系统同时实现了对用户的供电和供热,同时在运行过程中不排放任何污染产物,具备较高的应用和环保价值。本文设计了一套基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的热电联供系统,提出了系统在各种工况下的控制策略,并进行了仿真实验与分析。最终搭建了“5kW PEM燃料电池热电联供系统”试验平台,验证了本文所设计的燃料电池热电联供系统方案的可行性。主要工作内容和结论如下:(1)建立了包含质子交换膜燃料电池输出特性和热量管理系统的仿真模型,在仿真结果的基础上,对燃料电池的稳态和动态输出特性进行了研究与分析,探究了温度对燃料电池性能的影响。仿真结果表明,本文搭建的燃料电池模型可以有效地反映燃料电池的实际运行状况。(2)对常规燃料电池发电系统进行了改进设计,在发电的同时增加了供热功能,构建了燃料电池热电联供系统,并解决了电负荷跟随策略下电堆产热功率和热负荷之间的匹配问题。设计了改进后的电堆温度和冷却模式切换控制策略,在对电堆运行温度进行有效控制的基础上,提高了系统的综合能量利用率。(3)搭建了“5kW PEM燃料电池热电联供系统”试验平台,通过试验结果验证了本文所设计的燃料电池热电联供系统方案的可行性,以及所建的燃料电池热电联供系统仿真模型的准确性,为燃料电池热电联供系统的应用提供支撑。