单体PEMFC电压分布与风扇流速功耗平衡分析

基于自制的质子交换膜燃料电池(PEMFC)及相关设备,进行了空载和负载条件下的单体电池电压分布和不同风扇系统的流速与风扇系统功耗平衡分析.单体电池电压分布实验可检验电堆是否符合设计要求,定位性能欠佳的单体电池并进行改进和提高.流过燃料电池阴极的空气流速和风扇系统功耗存在着一个平衡,更高的流速可改善热交换的程度,但要增加风扇系统的功耗.     

空冷型PEMFC阳极排气周期实验研究

针对不同负载和阳极排气周期,对自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行实验。在实验过程中用单电池巡检系统监控各单体电池的电压,红外热像仪测量电堆表面的温度分布。在恒压输出模式下,随着阳极排气周期和负载的增大,单体电池的电压差逐渐扩大。当排气间隔为50 s(单体电池电压设定为0.6 V)时,平均电压最大偏差达0.2 V,出现该现象的原因是高负载输出时,如阳极排气不及时,更容易发生水淹。     

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。     

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。     

空冷型PEMFC的动态建模仿真及验证

为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作特性,采用Simulink软件建立了PEMFC的电化学动态模型及传热动态模型,将模型仿真计算得到的数据与实验室空冷型PEMFC的实验数据进行对比。通过对比模型与实验电池的输出电压及电堆工作温度数据发现误差都在2%以内,模型具有良好的适用性。在该模型的基础上探究了阳极氢气压力、膜含水量以及质子膜厚度等因素对PEMFC输出性能的影响,根据仿真结果表明:提高氢气压力、增大膜含水量和在一定范围内减小质子膜厚度都能提升电堆的输出性能。     

空冷型质子交换膜燃料电池水热管理的研究现状

介绍了空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)水热管理的研究现状,在此基础上,对该领域的重要研究方向进行了归纳和展望.首先,介绍了空冷型PEMFC的应用背景及特点,即空冷型PEMFC适用于低功率、小质量、小体积的场所;其次,着重回顾当前空冷型PEMFC水热管理的研究进展,即现有研究采用实验和数值模拟的方法,揭示了运行参数...     

阴、阳极加湿对质子交换膜燃料电池性能影响的差异性

阴、阳极气体相对湿度是对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能影响最为重要的因素。通过建立一个三维直流道质子交换膜燃料电池单体模型,运用数值模拟方法研究了反应气体相对湿度对PEMFC性能的影响及差异性。结果表明,在高操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极气体相对湿度的增加而提高;在低操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极相对湿度的增加而降低。同时,在高操作电压下,阳极气体加湿程度对电池性能的影响比阴极气体加湿程度对电池性能的影响大,但在低操作电压下,阴极气体加湿程度对电池性能的影响更大。通过对质子交换膜的阴极、阳极侧含水量分布的分析,探讨了阴极、阳极加湿对PEMFC性能影响差异性的原因。研究结果对于燃料电池的水管理具有一定指导意义。     

温控系统对质子交换膜燃料电池性能影响

将自制空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行对比实验,在变负载条件下,分别对其进行温度控制和无温度控制,并对比其工况,分析PEMFC在温度负载骤升过程中两组实验表面温度和输出功率的差异。对空冷型PEMFC进行温度控制,当负载突然发生变化时,其表面温度的均匀性和对称性依然状况良好。当对燃料电池不进行温度控制的时候,其负载能力明显减弱,表面温度变化较大,输出功率变化较小。对燃料电池进行温度控制可以有效提高其性能,对输出功率影响不大。     

PEMFC发电系统FFRLS在线辨识和实时最优温度广义预测控制方法

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)发电系统是21世纪最有前景的发电技术之一。针对空冷型PEMFC发电系统工作温度对输出性能影响问题,该文通过理论分析和实验手段研究发电系统输出性能的最优特性。根据空冷型PEMFC发电系统温度控制对象所具有的非线性、迟滞、时变等特点,提出基于FFRLS在线辨识的PEMFC发电系统实时最优温度广义预测控制。其中,FFRLS在线辨识算法用于对非线性控制对象进行建模和在线校正。在搭建的空冷型PEMFC测控实验平台上,通过实验研究控制器参数对于系统性能的影响。阶跃响应实验结果表明:提出的控制方法能够在不同负载条件下实现对电堆最优温度进行实时跟踪。与常规PID控制比较,系统的超调量减少了约32.3%,发电系统输出功率更平稳,有利于发电系统的长期稳定运行,延长电堆的使用寿命。     

负载对PEM燃料电池瞬态响应特性的影响

利用暂态测量方法,比较了纯阻性负载和纯感性负载及加载方式对质子交换膜燃料电池(PEMFC)瞬态响应特性的影响。结果证明,PEMFC瞬态响应与电池负载类型、负载的加载方式有密切联系。同样的阶跃电流,PEMFC加载纯阻性负载比加载纯感性负载响应时间更短,低调量更小。感性负载由于其自感效应会带来更长的响应时间和更大的低调量。PEMFC加载纯阻性负载时,固定电流加载方式电压低调量稍大,而固定电压的加载方式不会带来低调电压;两种加载方式的响应时间接近。总之纯阻性负载、固定电压方式加载的情况下,质子交换膜燃料电池瞬态响应特性最佳。     

燃料电池-燃气轮机混合发电装置研究现状

燃料电池作为未来最具发展前景的发电系统已受到越来越多的关注,高温燃料电池的排气温度和燃气轮机涡轮进口温度具有相容性,因此它具有和燃气轮机组成混合发电装置的天然优势,这一新技术必将成为新世纪能源领域的重要分支。对燃料电池-燃气轮机混合发电装置的工作原理、研究现状等进行了综述,从而为我国对该技术的研究提供了参考。     

硅纳米孔结构在多晶硅太阳能电池中的应用

利用金属辅助化学刻蚀及碱修饰方法在多晶硅上制备了硅纳米孔结构,比较了硅纳米孔结构和酸制绒常规多晶硅硅片在反射、内量子效率、磷浓度分布以及电池性能等方面的情况。研究表明,硅纳米孔结构多晶硅太阳能电池开压为0.6261V,短路电流为8.683A,填充因子为79.06%,效率为17.66%,比酸制绒常规电池片高出0.23%。     

质子交换膜燃料电池电流分布研究

燃料电池电流分布直接反映电极表面的电化学过程,研究电流密度分布有助于分析电极过程的特征,有利于提高催化剂的利用率。采用电极催化区域分区的方法研究了气体流道区域与集流体区域电流分布的不同。分析了气体流道区域与集流体区域的电阻分布,考察了气体加湿及氧气供给对上述两区域电化学过程的影响。结果表明,小电流密度区间,气体无论是加湿还是干燥条件,电阻的影响要强于气体供给的影响,即集流体区域电流密度高于气体流道区域;而大的电流密度区间,电流在集流体区域与气体流道区域的分布决定于反应点的电阻及气体供给两种因素。     

配电网潮流计算中的分布式电源建模

分布式发电在配电系统中所占比重越来越大,对传统的配电网潮流计算提出了新的挑战和要求.该文介绍了几种分布式电源典型的并网接口,针对微型燃气轮机并网系统、风力发电系统、燃料电池及光伏并网系统,分析了其并网结构及运行方式,建立了各自在潮流计算中的数学模型,根据各分布式电源的控制特性,将其节点类型归结为PV节点,PQ节点,Vθ...     

PEMFC燃料供给系统的仿真与优化

燃料供给系统对保障电池系统性能及产业推广具有重要意义.通过计算流体力学数值仿真方法,分析燃料供给的浓度、流道非均匀截面增压结构设计和压力降(压降)控制对电池性能的影响.提高氧气供给浓度,增大阳极氢气的相对湿度,电池表现出较优的性能.提出一种蛇形流道与平行流道相结合的复合流道结构设计,在阳极流道放置一个增压结构,能控制燃...     

质子交换膜燃料电池电流分布测定

目前大功率燃料电池研究中存在的主要问题是电池在放大过程中性能出现大幅度衰减。研究质子交换膜燃料电池电流密度分布 ,是解决其电池放大过程中性能衰减的基础 ,对提高燃料电池的比功率 ,加速其商业化进程具有重要意义。采用子电池方法 (SubcellApproach)对质子交换膜燃料电池电流分布进行了测定 ,采用网状流场 ,面积为 13 0cm2 。分别考察了气体压力、气体流量、电池温度及不同放电电流密度等条件对电池电流分布的影响。实验结果表明 ,采用网状流场电流密度分布并不均匀。分析了网状流场内流体、水分布情况 ,提出了一种网状流场新的流型。这种方法还可以应用于蛇型流场及其他流场电流分布的测定     

阴极扩散层孔隙率不同分布对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极扩散层孔隙率分布对电池性能影响很大。建立了一个单电池的三维模型,分别考虑了阴极扩散层孔隙率单一分布、线性梯度分布、随机分布等情况,并用有限控制体法对模型进行了求解。研究结果表明,在大电流密度下,阴极扩散层孔隙率的不同分布形态会不同程度地影响阴极氧气质量传输和液态水的排出,从而影响电池性能。     

外气道SOFC电堆流场的优化设计和数值模拟

外气道固体氧化物燃料电池(SOFC)电堆的流场分布对电堆性能有重要影响,通过对电堆侧盖的优化设计可以实现气流均匀分布.电堆侧盖主要分为从上至下的三管进气和中间单管进气两种结构.基于千瓦级电堆模型,将侧盖空腔划分为24条出气通道,以测量每条气体通道的出口速度,最终反映电堆入口气体的分布状态.利用ANSYS软件对侧盖空腔内气流均匀性分布进行了数值模拟.实际测量及数值模拟的结果均表明:降低气体在侧盖腔体内的流动速度,可以有效提高气流的均匀性.实际电堆中阳极和阴极气体分配器的存在将增大气体流动阻力,有利于侧盖中的气流进一步均匀化.     

燃料电池客车驱动系统传导骚扰源的统计分析

新型燃料电池客车的驱动系统工作时将产生较强的电磁骚扰,可能引起较为严重的电磁兼容问题,威胁其安全运行。为此对开发的新型燃料电池客车产生的电磁骚扰进行了大量的测量,发现其驱动系统中的骚扰源存在较大的随机性。故利用统计电磁学的方法分析了驱动系统中逆变器输入端存在的一类传导骚扰源的时域特性,得出此类骚扰源随时间呈正态分布,随电机功率电压参数呈近似线性递减变化和时间参数呈近似线性递增变化的基本规律。该结果可用于进一步的仿真分析和其他电磁兼容研究工作。     

智能配电网关键技术及工程实践

结合苏州智能配电网系统工程建设实践,在分析配电网基础建设的基础上,对智能配电网系统工程建设过程中实现的关键技术进行了重点分析,并结合苏州配网特点,总结归纳了智能配电网建设中主站系统、通信系统、配电终端等环节的技术特色,特别是根据自身的建设实践,阐述了在系统架构、图模管理、馈线自动化等配电自动化核心内容建设过程中的经验。