模拟车况下的质子交换膜燃料电池耐久性研究

为了研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在车载运行条件下的耐久性,介绍了3 kW的PEMFC电堆在模拟车载运行工况条件下的1 000 h耐久性实验.通过分析不同工作电流条件下的电压、电堆极化曲线以及单电池电压分布等随时间的变化来考察PEMFC电堆在模拟车况条件下的性能衰减情况,并借助于红外探温测试和TEM表征来阐明电堆性能衰减机理.研究表明:在模拟车况条件下工作1 000 h后.质子交换膜燃料电池堆在0、35 A及85 A工作电流条件下的电压都衰减了6%左右,单电池电压平均衰减率分别为39.1、23.0 μ V/h和23.3 μ V/h;电堆中各单电池的性能衰减存在空间差异;质子交换膜的损伤导致的气体穿透是引起质子交换膜燃料电池堆性能衰减的主要因素.     

质子交换膜燃料电池加速测试方法研究进展

综述了在开路电压、负载循环、启动与停止、加湿变化等加速测试条件下,质子交换膜燃料电池主要材料的腐蚀机理和性能的衰退。这些测试条件能够加速燃料电池某个元件的性能衰减,从而降低整个燃料电池的寿命。实际燃料电池在汽车上的工作环境是这些条件的综合作用,因此本文介绍了国内普遍应用的几种组合工况,分析了这些组合工况的特点。通过组合工况测试可以对燃料电池的寿命作出一定的评价,但还不能和燃料电池实际车用寿命相对应。     

直接甲醇燃料电池膜电极性能衰减分析

分析了“自呼吸式”直接甲醇燃料电池膜电极性能衰减的因素及其影响程度.通过对膜电极进行2 000 h恒电流(25 mA/cm2)放电,对比了放电前后的极化曲线、交流阻抗谱及电化学活性面积.恒电流放电后,膜电极的最大功率密度从初始的29.1 mW/cm2下降到21.8 mW/cm2,开路电压基本不变;交流阻抗谱定量分析表明,阴极的电阻明显大于阳极,并且对膜电极性能衰减的影响程度是:阴极＞＞阳极＞质子交换膜;循环伏安测试显示阴极催化剂电化学活性面积的衰减为21％,明显大于阳极催化剂的衰减2％.     

高温PEMFC的性能衰减研究与一维数值模拟

以PBI/H3PO4体系高温质子交换膜燃料电池为研究对象,进行了500h恒负载条件下的连续寿命实验,运用电化学电位扫描技术和交流阻抗技术测试了电池在连续运行过程中的电化学活性面积(AEC)和电池内阻的变化,实验结果表明在500h的连续寿命实验中,电池性能衰减的主要原因是高温操作条件下由于催化剂的烧结造成的电化学活性面积的损失。同时,建立了基于高温体系的一维数学模型,利用电化学方法测试得到的两个重要参数——体交换电流密度和电池内阻作为模型输入参数,计算了电极扩散层的反应气体浓度分布,运用模型模拟了电池在连续寿命实验中不同时间的稳态极化曲线,模拟结果和实验结果基本一致。     

怠速工况燃料电池性能衰减规律研究

燃料电池(fuel cell)性能衰减规律研究是当前车用燃料电池领域发展的重要突破方向之一.通过对车用燃料电池进行低载怠速工况性能测试实验,重点关注燃料电池的极化曲线、开路电压、Tafel斜率、欧姆阻值、额定点电压、电压衰减速率、电压降比以及EIS特征分析,深入分析车用燃料电池的性能衰减规律,得到怠速期间燃料电池性能略微出现波动但仍保持下降趋势的结论.     

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.     

质子交换膜燃料电池启停衰减的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性和寿命是制约其商业化发展的重要因素。车载燃料电池不可避免的要经历频繁启停的工况,因此,在启停过程中,电池的性能衰减问题更加突出。综述了近几年来,对启停循环中燃料电池性能衰减的研究,以及关于如何防止电池性能衰减的探讨,最后对如何有效地减少PEMFC的衰减提出了意见和建议。     

百瓦级一体式再生燃料电池堆研究

对百瓦级一体式再生燃料电池堆(URFC)的电性能和燃料电池(FC)/水电解(W E)双模式循环稳定性进行测试研究。所研制的百瓦级URFC电池堆双模式工作电性能优良,循环性能稳定。燃料电池模式工作条件下:电流密度为500 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压0.789 V,输出功率236 W;电流密度为1 000 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压0.681 V,输出功率409 W。水电解模式工作条件下:电流密度为1 000 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压1.628V,产生标准状态下氢气的耗能量为4.26 kW h/m 3。电流密度为500 mA/cm 2时,URFC电池堆充放电循环电压效率为51.5%。单体电池电压方差和计算结果表明,在工作电流密度0～400 mA/cm 2的窗口区间内,单体电池电压具有相对最好的均匀一致性。在100 h/20次的FC/WE双模式循环试验中,URFC电池堆性能衰减平均为1.70%。     

燃料电池耐久试验循环工况对比

介绍目前国内外几种主要的车用燃料电池堆耐久性台架试验循环工况及评价方法,对各种循环工况的构成要素、适用范围等方面进行了对比分析,得出美国能源部、同济大学、清华大学循环工况具有包含易造成车用燃料电池堆衰减的4个典型工况,HYZEM工况具有电流连续加载等工况的各自特点。     

PEMFC在0 ℃以下环境启动的研究

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)0 ℃以下环境启动进行了研究.考察了-10 ℃保存对电池性能的影响.通过极化曲线、电化学阻抗(EIS)、循环伏安(CV)和渗氢电流等方法,考察了电池在-5 ℃经过7次启动后的性能变化,并通过对不同启动温度的孔结构测量,考察了膜电极(MEA)的微观变化.最后得出结论:-5 ℃启动对PEMFC结构及性能影响很小,但-10 ℃自启动对PEMFC有着很大程度的损坏.     

微电网概率性最优的储能容量研究

针对可再生能源发电受外界环境影响较大、难以控制,接入微电网后对其安全运行带来很大挑战的问题,指出在微电网中接入储能装置可有效地解决此问题;研究了微电网孤岛运行时储能容量的确定方法,提出了一种概率性最优的储能容量确定方法：计算了微电网调度出力与负荷需求的功率差额,并根据其概率函数密度曲线确定储能系统的最大充放电功率;根据储能系统不同时刻其充、放电量累计值的概率函数密度曲线,求出其最优储能容量,使电网能实现经济效益最优和可再生能源利用率最大。采用该方法确定微电网储能容量,具有求解方法简捷、所需储能容量小的特点。     

220 kV变电站10 kV直供负荷的改善措施及其经济分析

为了协调220 kV与110 kV变电站布点关系,结合某省220 kV变电站三卷变压器10 kV低压侧直接向负荷供电（简称直供）的实际情况,对全省220 kV变电站进行统计分析,研究其直接供电的现状及运行中反映的问题,并有针对性地从技术和经济层面提出解决办法：对10 kV直供负荷供电时,将配电网规划和10 kV直供负荷相结合,优化配电网的结构,合理利用220 kV变电站的容量,由220 kV变电站向周边10 kV负荷系统直接供电,在确保供电可靠性的情况下,控制10 kV线路的送电距离。以上措施可挖掘现有电网的供电潜能,降低线路损耗,使电网布局更趋合理。     

智能变电站中高频开关电源技术应用

高频开关电源因其性能可靠、体积小、效率高等优点,已广泛应用于智能变电站直流系统中,为变电站安全、可靠运行提供保障。首先简单介绍了交直流一体化电源系统,然后分别对直流充电模块、通信电源模块、UPS电源模块作了详细分析,重点研究了高频开关电源的N+1冗余技术和均流技术。通过研究发现,这2种技术的应用提高了高频开关电源模块的可靠性。高频开关电源能够满足智能变电站对直流系统可靠性的要求。     

电解铝整流系统建模与稳流协调控制策略

介绍了大功率直流电解铝供电系统结构,建立了包括电解槽负载模型、饱和电抗器（ＳＲ）模型以及有载调压变压器（OLTC）的整流系统模型,提出了稳流协调控制策略：OLTC可对系列电流进行离散性的粗调,SR可在一定范围内实现对系列电流的连续性微调,两者结合能有效地解决机组投入与退出、阳极效应发生等大扰动下的稳流精确控制问题。基于电磁暂态分析软件包（ＥＭＴＤＣ）搭建了6机组整流系统,对网侧电压波动、负荷波动等工况进行了仿真分析,仿真结果表明：所提协调控制策略能保持直流系统处于最佳的运行状态,可实现电解铝生产过程中电流的平稳。     

基于先验方差的发电机惯量辨识数据质量评估

发电机惯量是电力系统频率特性分析与在线应用的重要参数。基于发电机正常运行时机端有功功率和频率的类噪声信号可对发电机惯量进行实时辨识。然而实测数据质量存在的缺陷,导致现有算法对实测数据辨识效果较差。为解决该问题,本文以谱分析与系统辨识理论为基础,通过参考系统估计、模型参数方差估计、惯量方差估计三个步骤,建立惯量辨识结果的先验方差统计量,在进行辨识前对类噪声数据段进行评价和筛选,提升了惯量辨识的准确度。基于仿真数据和实测数据的数据评估筛选结果验证了本文提出方法的有效性。结果表明,先验方差较小的数据段,惯量辨识的准确度较高。     

基于暂态相关性分析的小电流接地故障选线方法

小电流接地系统发生单相接地故障时,接地点产生的暂态故障电流包含了整个系统中全部的暂态故障电流特征量。非故障线路的三相暂态电流主要表现为对地电容电流,考虑到系统中存在的电感影响,健全线路中的两相电流差非常小,且波形与自身的暂态零序电流明显不相关,而故障线路的两相电流差与其暂态零序电流表现出明显的相关性。利用这一特征,首先对母线电压进行小波变换,通过三相近似系数比例AR检测配电网是否发生了单相接地故障,并找出故障相;然后,运用相关性分析比较各条线路的两相电流差与零序电流的相关性,能够正确地选出故障线路,文章通过MATLAB/SIMULINK建模,验证了该方法的正确性。     

基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算

扩展卡尔曼滤波法(EKF)被认为是一种精度较高的电动汽车动力电池荷电状态(SOC)估算法,但是观测方程误差会对SOC估算结果带来影响。对EKF滤波过程进行改进,根据观测方程的误差对原EKF滤波过程增设动态卡尔曼增益修正系数,提出基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算法。仿真结果表明EKF法可以有效克服SOC初始值不准确所造成的估算误差,动态卡尔曼增益修正系数可以进一步减小由于观测方程误差造成的SOC估算误差,使估算误差保持在5%之内。     

多ARM协同架构的智能合并单元设计

为降低合并单元设备成本、增强其智能化和通用化特性,利用多ARM（高级精简指令集处理器）并行处理的优势来构建智能合并单元。采用灵活的模块化方式来进行总体架构的设计,通过光纤接口方式与其他智能电子设备建立基于快速以太网的双向通信,遵循IEC 61850通信标准进行采样值报文和GOOSE报文的高速网络化传输。结合数据处理和报文传输的要求,详细阐述了采样控制和开入开出控制等核心部分的软件处理流程。采样值及GOOSE传输等相关测试结果表明,该智能合并单元工作可靠而稳定,可满足智能变电站中合并单元在实时性强、可靠性高、通信流量大等方面的要求。     

East China Market in Dire Need of Three Major Breakthroughs

Since started as a pilot project of regional power marketin June, 2003, East China power market has been actively andsteadily progressing, and has promulgated in succession amarket establishing program, market operating rules andspecifications for the functions of technical support systems.The technical support systems have been built up by stagesincluding the master station system in East China region and     

12th International Conference on Electronic Measurement & Instruments(ICEMI'2015)

正Qingdao,China 7.16-19,2015 The International Conference on Electronic MeasurementInstruments(ICEMI)is the world's premier conference dedicated to the electronic measurement and test of devices,boards and systems that is covering the complete cycle from design,verification,test,diagnosis,failure analysis and process of manufactory and products