氢空PEMFC发动机的几个须关注的问题

针对一个2.5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆,研究了不同负载下电堆侧面的温度分布、不同温度下电堆极化曲线、以及不同电流时单电池电压的变化。实验表明,PEMFC发动机设计中以下几个问题应该予以关注(1)电堆温度分布具有明显非均匀性,中心温度一般比边缘高,减小温度不均匀性对于充分发挥电堆性能具有重要意义;(2)低温下电堆性能比高温低很多,并且低温大电流时电堆难以稳定,这增加了发动机低温启动难度;(3)单电池一致性的提高,可以提高电堆性能,减小辅助系统功率和体积。     

频繁启停对质子交换膜燃料电池堆性能的影响

以活性面积为330 cm2的电堆为研究对象,考察质子交换膜燃料电池(PEMFC)经历频繁启停操作后的性能衰减。反应气体的分布不均匀,会造成单片电池电压在氮气吹扫过程中下降速率不一致,甚至出现某一片或者几片电池出现反极的现象;PEMFC电堆在经历频繁的启停循环后,性能下降,且高电流密度区的电压衰减更快;随着启停循环的增多,性能的下降会变慢。当电流为100 A时,经历500次启停循环后,前200次启停循环的平均电压衰减速率为后300次衰减速率的3倍,而电堆中单片电池的均一性并未明显恶化。     

质子交换膜燃料电池热力耦合仿真分析

温度是影响质子交换膜燃料电池电堆性能的一个重要因素,尤其是车用质子交换膜燃料电池工况非常复杂,温度变化范围跨度较大(-30～80℃)。针对温度和装配压力的耦合效应,建立了质子交换膜燃料电池电堆热力耦合三维有限元分析模型,通过定义螺栓预紧力及设置不同温度场模拟热力耦合效应,分析了热力耦合效应对由三个单电池组成的燃料电池电堆中单电池层内及电池之间应力分布影响规律,为保证燃料电池电堆层内与层间应力分布均匀,提高电堆装配质量提供了理论指导。     

模拟车用工况下PEMFC寿命测试及分析

寿命是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)在车用领域实现商业化应用的重要障碍之一。根据普通乘用车在城市运行的功率输出数据,制定了模拟车用工况,采用此工况对燃料电池进行了1 000 h单电池寿命测试,并通过极化曲线、渗氢电流、循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)等方法对燃料电池性能进行在线测试和分析。测试结果表明,在此模拟车用工况下,衰减速度为15.7μV/h(800 m A/cm2),单电池经过1 000次工况循环后,膜电极组件(MEA)渗氢电流无明显变化,电化学比表面积(ECA)衰减幅度为34.14%。     

PEMFC的动态特性分析及其PID控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)控制系统的非线性、时滞性、复杂性等特点,利用Matlab/Simulink仿真软件建立PEMFC电堆工作仿真模型。在此基础上,采用比例积分微分(PID)算法控制器控制电堆的输出电流。讨论了当电堆输出电流出现阶跃变化时,电堆输出电压、输出功率以及电堆效率的动态响应,并对仿真结果进行了比较分析。仿真结果表明,该模型能够较好地反映PEMFC系统的动态性能,采用的算法具有较好的鲁棒性,有助于改善PEMFC控制系统的设计,提高其性能。     

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。     

PEMFC冷却流道数值模拟及实验研究

温度是影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作性能的主要因素之一,为了使燃料电池的温度更加均匀并提升电堆综合效率,设计了一种新型冷却流道,通过CFD模拟与传统的平行流道和蛇形流道进行对比,采用表面最大温差、温度均匀指数和冷却液压降评估冷却流道性能。基于新型冷却板,装配1 kW电堆进行膜电极单体电压稳定性实验。结果表明：新型冷却板可以在降低冷却液循环耗能的基础上,保证电堆膜电极的电压均衡性,平均电压波动在±0.003 762 V,进而可进一步提升电堆综合发电性能。     

质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究

对5 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压一电流特性、温度特性、压力特性、反应气体计量比特性等进行了测试.并从电化学热力学和动力学两个角度初步分析了各运行参数对电堆性能的影响机理.试验表明,适当升高温度和反应气体压力有利于改善PEMFC电堆的性能,氢气、空气计量比分别为1.2和2.5时,该电堆性能最好.     

车用PEMFC电堆典型道路工况低温起动试验研究

为评价质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆低温起动性能,搭建PEMFC电堆低温起动试验台,制定典型道路工况,起动PEMFC电堆进行试验,对其加载典型道路工况,开始阶段使PEMFC电堆在小负荷暖机工况运行.对PEMFC电堆输出不同特性曲线进行深入分析,试验证明当PEMFC电堆最外层电池阴极催化层温度降到0℃时能够成功起动并运行,为PEMFC电堆的商业化运行提供一定技术支持.     

以重整气为燃料气的PEMFC电堆性能

与使用氢气为燃料气相比,以重整气作为质子交换膜燃料电池的燃料气可以避免氢气储存与运输的不便,更可以增加PEMFC的适用场合和范围.研究了常压与加压条件下重整气中N2和CO2组分对PEMFC电堆的影响,结果表明N2和CO2主要是降低了H2的分压,对电池性能影响较小.针对CO组分,研究比较了阳极注氧和外部净化对电池抗CO能力的影响,结果表明这两种方法都有明显的抗CO效果,相比之下外净化的效果更佳.同时,考察了电堆在重整气氛围下的稳定性,进行了1 500 h的寿命实验,实验结果显示电压衰减速度为19.21 μV/h.     

Digitally simulated test performance of the Pramod scheme for UHSprotection of EHV transmission lines

The author describes a digital simulation technique for the signal processing of the Pramod scheme and studies the digitally simulated test performance of the scheme for satisfactory operation under different fault conditions. The Pramod scheme is based on the detection of high-frequency voltage signals through stack tuners. It is assumed that the digitally simulated stack tuner output signals are available for the purpose of the signal processing under different fault conditions. The Pramod scheme has been investigated for the discrimination feature of reverse fault, faults at different points of the transmission line, and different types of faults, and the performance has been found satisfactory     

高功率薄型金属双极板PEM燃料电池堆研究

对高功率车用薄型金属双极板PEM燃料电池堆模块进行测试研究.电池堆模块可在空气压力110～300 kPa条件下工作,表现出良好的高、低压兼容特性.当空气压力300 kPa,电池堆温度70℃,工作电流350 A时,电池堆输出功率可达27.2 kW,其质量和体积比功率分别为777 W/kg和1 015 W/L.单电池电压方差求和计算结果显示,在工作电流50～120A的窗口区间内,单池电压具有相对最好的均匀一致性.在320A(约为1 A/cm2)放电电流下,使用纯氢/氧气的电池堆输出功率比使用氢/空气高出约10%.空气相对湿度影响测试结果,电池堆较低功率下,空气的相对湿度80%～100%为佳;而当高功率下,空气相对湿度80%为佳.另外,对4单体薄型金属双极板燃料电池短堆进行耐久性测试,累计超过2 900 h,平均单池电压衰减率约为10 mV/1000 h.     

某车用动力电机结构设计与仿真分析

汽车产业面临越来越严峻的环境及能源挑战,促使各大车企在新能源汽车上投入更多的资金及技术。驱动电机是新能源汽车的核心部件之一,其工作在高温、振动的环境下,功率密度高。因此,电机结构设计关系到强度、振动噪声、耐久性等。阐述了某驱动电机的结构特点及设计开发过程。通过CAE软件仿真分析了整车不同工况下电机壳体静强度,扫频、随机振动工况时壳体承受的应力,以及整机模态。驱动电机通过专项振动试验,证明其结构强度及模态满足设计目标。     

基于PLC的汽车起动机耐久性试验系统

耐久性试验是批次检验汽车起动机质量的一种重要方法.结合汽车起动机耐久性试验的特点,给出实现PLC控制的汽车起动机耐久性试验系统.该系统能对多台汽车起动机进行同时试验,做到准确控制汽车起动机的耐久性试验周期,具有良好的人机交互界面.实际运行稳定可靠,充分保证了汽车起动机的出厂质量.     

燃料电池单电池电压检测系统设计

燃料电池堆各单电池电压反应了整个电堆和辅助系统的工作状态。通过检测单电池电压,能及时发现电堆工作的异常状况。设计一种燃料电池电压检测系统,将差分放大和多路选择开关结合运用于电堆每片单电池电压的检测中,设计该系统的组成、硬件电路和软件流程。该系统作为燃料电池运行状态检测系统的一部分,在50W的燃料电池发电系统上试验,达到了良好效果。     

特高压带电作业绝缘工具操作冲击放电特性及试验电极优化

目前检测机构对特高压带电作业绝缘工具开展操作冲击耐压试验时,电极布置仍沿用低电压等级标准,但试验电压和放电间距大大增加,经常出现绝缘工具间、试验电极对大地或周边构架等非试验通道放电的情况。开展了典型作业工况及试验工况下带电作业用绝缘工具标准波头操作冲击放电特性试验,并对试验工况下放电路径进行统计,提出了采用8分裂U型模拟导线的优化方案,并进行了试验验证,研究结果表明：采用8分裂U型模拟导线可显著降低非试验通道分散放电的概率;对多个试品同时进行试验时,由于存在空气间隙拉弧,试品挂接的水平间距建议不小于5 m;试验电极改进后绝缘杆6.3 m放电电压为2 417 kV,较标准电极增加6.9%,较典型作业工况下最低放电电压增加32.1%,进行绝缘工具耐压试验时建议根据作业工况的耐压要求对试验电压进行修正。     

特高压带电作业绝缘工具操作冲击放电特性及试验电极优化

目前检测机构对特高压带电作业绝缘工具开展操作冲击耐压试验时,电极布置仍沿用低电压等级标准,但试验电压和放电间距大大增加,经常出现绝缘工具间、试验电极对大地或周边构架等非试验通道放电的情况。开展了典型作业工况及试验工况下带电作业用绝缘工具标准波头操作冲击放电特性试验,并对试验工况下放电路径进行统计,提出了采用8分裂U型模拟导线的优化方案,并进行了试验验证,研究结果表明：采用8分裂U型模拟导线可显著降低非试验通道分散放电的概率;对多个试品同时进行试验时,由于存在空气间隙拉弧,试品挂接的水平间距建议不小于5 m;试验电极改进后绝缘杆6.3 m放电电压为2 417 kV,较标准电极增加6.9%,较典型作业工况下最低放电电压增加32.1%,进行绝缘工具耐压试验时建议根据作业工况的耐压要求对试验电压进行修正。     

阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究

为了防止燃料电池发动机在工作过程中出现高电位的情况,提高燃料电池的耐久性,设计了阴极循环系统和限电压控制算法实现对电压的控制并对控制算法进行了仿真分析和验证。为了提高燃料电池发动机的响应速度和输出功率,本研究建立了考虑氮气渗漏和水扩散动态系统仿真模型,并设计了阴极和阳极通道内气体压力平衡的协调控制策略。试验结果表明,阴极循环系统动态性能良好,能够降低燃料电池在低电流密度下的单片电压;进气阀开度和循环泵的转速是进行电压控制最重要的影响因素。研究结果对提高燃料电池发动机系统的可靠性和优化控制策略具有重要的意义。     

一种基于电压互感器的绝缘子状态检测方法

从电压互感器工作原理与绝缘子电压分布检测原理入手,基于分布电压检测方法,提出一种绝缘子状态检测方法,通过对绝缘子末端伞裙电压的测量,并与正常工作时绝缘子电压比较,据此判断绝缘子是否被损坏。该方法操作简单、工作量小,能准确高效地检测出绝缘子的工作状态,提高了高速铁路安全运行的可靠性。