运行参数对直接甲醇燃料电池动态响应的影响Ⅰ.甲醇溶液浓度和流量

借助于计算机控制的电子负载单元,实验研究了各种负载循环下运行参数对液相进料直接甲醇燃料电池动态响应的影响。报道了甲醇溶液浓度和流量的影响。结果表明:在实验工况下,电池的电压响应值随甲醇溶液浓度和流量的减小而提升,高的甲醇溶液浓度和流量能给出更快和更稳定的电池响应。电流持续变化时,甲醇溶液浓度和流量对电池动态响应的影响很小。电池内部物理过程和化学过程的动态变化与相互作用是动态响应的关键。     

被动式DMFC电压和温度的动态响应特性

对自行设计的被动式自呼吸直接甲醇燃料电池进行了动态性能实验,分别测试了循环加载/卸载、不同卸载时间、方波脉冲加载以及阶梯加载等多种加载方式中电池的电压和温度响应。实验结果表明:电池的电压和温度对各种负载变化均响应迅速;加载/卸载循环中卸载时间的长短对电池的电压和温度响应影响较大;电池电压和温度在上/下阶梯加载中的响应有所不同。     

PEM燃料电池动态特征的仿真分析

运用Fluent的PEM模块对质子交换膜燃料电池在改变气体湿度、流量以及电池负载条件下,电池的动态特性进行仿真分析.结果表明,燃料电池具有快速的动态响应能力,改变供给气体湿度的情况下,1 s内达到几乎稳定状态,在3 min内达到新的稳定状态.而且,膜的湿度对电池的动态性能影响很大.适当提高空气流速,可以有效地提高排水能力,提高电池的性能.中、低电流密度下,空气流速对电池的动态性能和动态响应能力影响不大;高电流密度下,空气流速对电池动态性能和响应能力有显著影响.     

直接甲醇燃料电池动态性能的研究

直接甲醇燃料电池用作移动电源时，电池的动态响应特性特别重要。该文作者利用自行设计的直接甲醇燃料电池测试系统对一有效面积为50cm^2的直接甲醇单体燃料电池的动态性能进行了实验研究。通过计算机控制电池负载的动态变化。实验研究了电流变化不同波形及各种波形下加载电流大小、斜率变化对电压信号动态响应的影响。结果表明电池电压对各种电流变化的响应很快。动态负载时电池的开路电压要比稳态运行时的高，主要原因是因甲醇窜流造成的过电势的减少。电池内部电化学反应与传质瞬态变化的综合作用对电池动态运行有着关键的影响。     

基于城市电动公交工况的电池特性研究

在城市电动公交工况的基础上采集电动公交客车运行数据,并结合实验室电池测试要求建立动力电池的动态测试工况,为实验测试动力电池的动态性能提供了支持。通过对电池进行不同的工况循环实验,研究了循环方式以及循环温度对电池动态特性的影响。结果表明,动态工况循环方式下,电池的性能变化更小,使用性更强;循环温度对电池放电的容量、开路电压和内阻等动态特性均有影响,影响程度随温度升高而增大。     

温度、流量和湿度对单蛇形流场PEMFC的影响

PEMFC的阳极流场和阴极流场均为单蛇形流场,活性面积为25 cm2。氢气和空气的操作压力为常压,工作温度为40~70℃,氢气流量为300 ml/min,空气流量范围为500~1 500 ml/min。通过单电池的实验,得到电压、电流和电阻数据,并分析了温度、湿度和空气流量对单电池性能的影响。在饱和增湿条件下,升高工作温度会降低膜的内阻并提高电池性能,在不饱和增湿条件下,温度升高会使内阻上升,增加欧姆极化。电池性能随着空气流量增大而上升,空气剂量比系数要大于3;阴极或者阳极增湿条件改善,可以提高电池的性能,阳极增湿条件比阴极增湿条件更重要。     

车用PEMFC动态响应仿真分析

针对频繁变载易导致车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能下降、寿命缩短等问题,利用MATLAB/Simulink软件建立燃料电池发动机模型,研究燃料电池在不同影响因素下电压的动态响应,并在新欧洲行驶循环(NEDC)汽车工况下进行仿真分析.当反应温度为80℃、阴阳极气体分压均为300 kPa且膜含水量饱和时,燃料电池电堆输出电压较高,动态响应性能较好.仿真结果表明,反应温度、气体压力、膜含水量、加载速度和加载幅值等因素,会对燃料电池的动态响应性能产生影响.     

交指型PEM燃料电池性能的实验研究

通过实验的方法研究了交指型质子交换膜(PEM)燃料电池运行中,电池温度、两极加湿温度、电池的工作压力及反应气体流量对电池性能的影响.根据实验结果绘制的电池极化曲线可以获得交指型流场的特性规律,电池两极的加湿温度决定了电池温度对性能提高或是降低的分界线.同时发现与常规蛇行流道不同,交指型流场燃料电池能够承受很高的两极加湿温度,这种能力在电池的阳极表现更为突出,得出操作压力对交指流场燃料电池性能的影响比常规蛇型流场影响程度要弱的结论.     

蛇形挡板流道PEMFC性能分析

提出一种新型蛇型挡板流道设计,该流道设计是通过在传统蛇型流道中添加挡板构成的.三维数值分析表明.当操作电压下低于0.7 V时,蛇型挡板流道设计性能较传统蛇型流道有较大提高.分析电池内部氧气流量、液态水和局部电流密度发现.添加挡板增大了流道内燃料压力,电池内部受肋下对流效应影响的区域增大,由于肋下对流效应不仅提高了肋条下方多孔层氧气传输效率,同时在多孔层内产生较大的对流剪切力还可有效提高液态水移除效果,因此性能提高.压力损耗分析表明.尽管蛇型挡板流道增大了电池压损,但对本文所分析的小型燃料电池而言,增加压损引起的附加压缩功远小于电池输出功,因此压损可不予考虑.     

商业化锂离子电池的热稳定性研究

采用加速量热仪(ARC)研究了商业化锂离子电池(LiCoO/石墨)的热稳定特性,主要考察了开路电压、循环次数以及容量对电池的热稳定性影响.ARC测试结果表明,当电池开路电压由3.8 V增至4.4 V时,电池的起始放热反应温度由100℃降低到73℃,并且在同一温度下,电池的自加热速率随电压的升高而增大;在相同条件下,电池的起始放热反应温度几乎不受循环次数(0～400次)及容量大小(710 mAh和780 mAh)的影响.但是,随着循环次数的增加和电池容量的增大,电池的自加热速率增大.另外,为进一步了解电池内部热量来源,分别对充电到4.2 V完整的正负极片进行了热分析.实验结果表明,负极在60℃左右开始放热,而正极在110℃左右开始热分解,但由于正极热分解释放出大量氧气致使电池内压迅速增大,并最终导致电池热失控.     

考虑环境温度影响的锂离子电池改进双极化模型及其荷电状态估算

建立准确合理的锂离子电池数学模型,精确估算锂离子电池(LIB)终端电压及荷电状态(SOC)对于开发高效实用的电池管理系统十分重要.首先,该文建立一种改进的环境温度依赖的锂离子电池双极化(DP)模型.然后,基于锂离子电池的动态实验数据,利用遗忘因子最小二乘法(FFLS)对该锂离子电池模型关键参数进行辨识,并将其拟合为环境温度的连续函数.同时,根据扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,提出一种适用于不同环境温度的锂离子电池荷电状态估计方法.最后,采用?10℃、20℃和50℃下动态压力测试(DST)和US06循环工况的实验数据,对该文的锂离子电池模型进行仿真分析和验证.结果表明,该文提出的改进DP模型能够准确反映环境温度对模型参数的影响,且在电池终端电压和SOC估算方面具有较高的精度和较宽的温度适用范围.     

无汞纸板电池低温点蚀的研究

对R6无汞纸板电池进行了封口实验、氧气气氛实验和真空包装实验.对电池的开路电压变化分析和解剖研究的结果表明:封口不严导致氧气侵入电池,是造成低温点蚀的重要原因.     

氧浓度对PEMFC动态响应的影响

通过瞬态测试方法,结合理论分析,依据空气/氧气同样条件下的动态负载试验对比,分析阴极氧浓度对PEMFC动态响应特性的影响.结果表明:当化学计量比为1.2时,氧气的低调几乎没有随着电流密度阶跃增大而增大,而空气测试时低调和响应时间随电流阶跃增加呈现明显的线性增加;当空气和氧气流速相同时,氧气低调变化很小,但是过量的氧气破坏了电池的水平衡,导致响应时间大大增加;随氧浓度增加,PEMFC动态响应的低调和响应时间线性减少.     

质子交换膜燃料电池的电响应研究

通过暂态实测方法,研究了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的动态响应及电压建立。通过使用燃料电池测试系统、高精度示波器和自行设计的开关电路,在不同的运行条件下对PEMFC的电响应进行测量,实验结果证明PEMFC的动态响应和电压建立与其运行条件以及单体电池在电堆中的位置有非常紧密的联系。     

基于BP神经网络的PEMFC稳定性及动态性预测

研究了PBI/H_3PO_4体系高温质子交换膜燃料电池(PEMFC),将其在不同压力、温度、阴极气体和负载下的稳态电位响应数据及该体系对压力变化、温度变化的动态电位响应数据作为训练数据,建立以Matlab/Simulink和BP神经网络为基础的高温下PEMFC的稳定性能和动态性能的预测系统。通过所建立的神经网络模型对电池的稳态电位输出和动态电位响应进行模拟,结果表明,所建立的模型可以对电池的稳态及动态行为进行准确模拟,这为PBI/H_3PO_4体系高温PEMFC的控制及性能预测提供了一定的参考。     

质子交换膜燃料电池电气性能实验及建模研究

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是很有前景的新型电动车动力电源 ,而电动汽车对动力电源的性能尤其是动态性能有较高要求。针对电动汽车动力系统的需求 ,采用在LABVIEW平台上开发的便携式测试系统对PEMFC实验系统在不同温度下的电压 电流特性、动态性能、过载能力、起动特性等电气性能进行了测试。实验结果表明 ,受试PEMFC系统在宽温度范围内均可输出额定功率 ,并有较快的动态响应速度。在实验基础上 ,采用最小二乘曲线拟合的方式 (部分借助MATLAB的IdentificationToolbox)建立了简便实用易于实现的PEMFC系统电气物理模型 ,着重考虑了电池温度及负载工况变化时电池系统的静态和动态性能。仿真结果表明 ,模型可以较好地描述PEMFC电池系统的电气特性尤其是动态响应特性 ,可为PEMFC电池系统及管理系统设计、优化和驱动系统设计提供参考。     

低温下DMFC性能特性及传热传质分析

对自制有效面积为4.41cm2的直接甲醇燃料电池进行了低温(5℃)运行条件下的性能测试及分析,并着重研究了甲醇浓度,甲醇溶液流速和氧气流速等运行参数对电池性能的影响。实验结果表明,电池性能随运行温度的下降而降低。在较低运行温度下,运行参数对电池性能的影响有别于常温及以上温度条件下的规律。在运行温度为5℃时,高浓度和低流速甲醇溶液可获得较高的比功率;在本实验范围内,电池性能在氧气流速为100mL/min时达到最佳。     

PBI/H3PO4体系高温PEMFC的性能预测

使用实际测量的PBI/H3PO4体系高温PEMFC,在不同温度、压力、阴极气体和负载下的稳态电位响应数据(500组)与该体系对温度变化、压力变化的动态电位响应数据(500组)作为训练数据,建立了基于BP神经网络和Matlab/Simulink的高温PEMFC稳定性能和动态性能的预测系统。利用神经网络模型模拟电池的稳态电位输出和单变量(温度或压力)动态电位响应。仿真结果表明:该模型能准确地模拟电池的稳态和动态行为,为PBI/H3PO4体系高温PEMFC的性能预测和控制提供了一条可行的途径。     

富氧燃烧锅炉单相受热管动态特性的仿真研究

基于富氧燃烧条件下,对流受热面的换热特点,建立了锅炉单相受热管的动态特性数学模型,以Matlab/Simulink为开发平台,利用S-Function模块中的Cmex-S函数、模块封装等基本方法建立了仿真算法模块。以某300 MW锅炉的再热系统为研究对象,分别在空气气氛下以及O2/CO2=30/70气氛下进行了蒸汽入口流量、温度,烟气入口流量、温度扰动的仿真实验。结果表明:富氧气氛下再热汽温的动态变化整体趋势与空气气氛相似,但富氧条件下动态响应的时间以及幅度发生了变化,对富氧气氛下再热系统优化设计和运行控制有重要参考作用。     

PEMFC空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.