空冷型PEMFC的温度控制影响

对自制空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行变负载条件下有、无温度控制的工况对比。研究负载骤升过程中燃料电池表面温度分布情况,以及两组实验功率输出的差异性。温度控制能在燃料电池负载发生突变时,保持燃料电池表面温度良好的对称性和均匀性;无温度控制的燃料电池,抗负载扰动能力较弱,负载变化时的温度偏差最高达29.5%,但输出功率与有温度控制时仅相差0.6%。温度控制能维持燃料电池良好的工作环境,但不能明显提高燃料电池的输出功率。     

无外增湿质子交换膜燃料电池线性温度扫描实验

为分析温度对电池性能影响的主要原因,搭建采用半导体制冷片作为新型控温设备的模糊控制温度控制实验测试平台,对实验室自制的无外增湿阴极开放式质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)进行了线性温度扫描实验。通过跟踪电池随温度变化的输出特性,得到不同负载电压下电池最佳工作温度点。从PEMFC水热平衡管理的角度,着重分析了PEMFC分别在大/小负载情况下,温度对电池性能的影响的原因。     

质子交换膜燃料电池的温度实验分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)温度对发电性能的影响很大.通过自行开发的1 kW PEMFC的温度控制实验,对其温度特性进行了详细分析,提出了温度控制的模型.     

空冷型质子交换膜燃料电池实验研究

对实验室自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)在不同工况时的稳定性、负载阶跃响应、单体电池电压分布以及表面温度分布开展了实验研究。实验结果表明:定期阳极排气可维持空冷型PEMFC长时间稳定运行;大负载条件下,单体电池电压分布均匀性降低,呈现两边高、中间低的现象;电池组温度分布与单体电池电压分布具有一致性。该工作对于空冷型PEMFC性能研究以及燃料电池系统效率提升具有一定的指导和参考价值。     

基于灰色预测的空冷型PEMFC发电系统实时最优温度无模型自适应控制

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的输出性能受工作温度、气体流速、尾气排放间隔等操作参数的影响,其中工作温度是影响输出性能的关键因素。针对空冷型PEMFC发电系统温度控制所具有的非线性、时滞、慢时变等复杂特性,提出基于灰色预测的无模型自适应控制方法实现实时最优温度控制。该方法将灰色预测的结果代替发电系统当前工作温度测量值。实验结果表明:所提方法能够在不同负载条件下实现对发电系统最优温度进行实时跟踪。与增量式PID控制相比,所提方法有效减小了系统的超调,使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。且所提方法仅根据PEMFC输入输出数据在线对控制器进行调整,对PEMFC参数不敏感,可应用于类似空冷型PEMFC发电系统。     

动态响应对质子交换膜燃料电池性能影响研究

基于工况变化复杂,动态负载对车用质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)发动机的影响备受关注。由于其动态特性,燃料电池动态输出在一定程度上影响着电池的性能和寿命。研究PEMFC单电池在动态负载变化时的动态特性,通过瞬态测试方法,结合理论分析,对PEMFC动态响应特性的多个方面进行研究。研究了气体流量、加湿度等操作条件对PEMFC动态响应的影响。结果表明,当阴极空气化学计量比大于3时,在低电流密度区,PEMFC低调差别不明显,高电流密度区由于水的堆积,依然有较大差别,电流密度阶跃越大,其差别越大;阴极空气加湿湿度太低或者太高都会引起PEMFC动态响应的较大变化,PEMFC的动态响应性能在高于50%但是小于100%加湿,会达到一个很好的动态响应性能。     

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。     

质子交换膜燃料电池的建模与输出特性研究

质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种重要的燃料电池,对于发展新型清洁能源以及改善环境有着重要的意义。针对其数学模型与仿真方法展开了研究。首先简单介绍了PEMFC 的原理与特性,并构建了PEMFC系统的数学模型,模型主要包括燃料电池模型与气体改革者模型。然后以MATLAB的SIMULINK为平台依据上述模型建立了PEMFC的仿真模型,并利用仿真模型分析了PEMFC在负载变化情况下的输出特性以及燃料变化特性,结果表明,PEMFC能够快速地响应负载的变化,输出特性良好。     

PEMFC分布式发电的适用性仿真分析

为了解质子交换膜燃料电池(PEMFC)应用于分布式发电的适用性,获取对其发展和建设具有参考价值和指导意义的结论,在现有的建模方程基础上,采用经过改进的等效电路,模拟对有限区域独立供电时可能发生的用电需求变化情况,进行了质子交换膜燃料电池分布式发电系统的仿真实验。从仿真中观察到的电流、电压及系统输出功率变化情况表明,采用质子交换膜燃料电池分布式发电系统时,应当根据供电区域的用电需求设置系统在适当的输出功率范围内运行,以获得稳定而良好的供电质量,提高系统的使用率。     

质子交换膜燃料电池发电系统建模与分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统进行动态建模和分析,模型包括质子交换膜燃料电池,供气系统和直流-直流(DC-DC)变换器等部分。首先建立用于预测燃料电池电化学特性和反应气体压力特性的集中参数动态模型,同时给出了供气系统和DC-DC转换器的动态模型,也给出了比例积分型DC-DC变换控制器的设计方法。然后仿真和分析了PEMFC发电系统对快速变化负载的动态响应。采用Matlab-SIMULINK软件对5kW的PEMFC发电系统进行仿真。仿真结果表明系统模型结构简单,计算量小;PEMFC发电系统能够满足快速负载功率需求,满足不同负载的使用要求。     

基于负载变化的PEMFC非线性动态模型建立

通过分析燃料电池的内部结构和工作原理,选取适当输入输出变量,建立质子交换膜燃料电池非线性状态空间模型。该模型的建立能反映燃料电池输出特性(输出电压、电流等)与操作条件(温度、湿度及压力等)之间的联系,把动态的非线性微分方程转化成等价的状态空间方程,为控制研究、数据处理和优化等方面提供便利,为性能诊断及输出特性优化提供了一定的理论依据。     

燃料电池输出功率的预测控制

在所有类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池因具有质量轻、效率高、电流密度大、工作温度低、启动速度快以及使用无毒性的固态电解质膜等优点近年来发展最快。针对这种燃料电池的输出功率,首先提出了一阶滞后数学模型,而后给出一种预测控制算法,并讨论了控制器参数的设计,该算法改善了燃料电池的输出特性。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

质子交换膜燃料电池移动电源温度模糊控制

质子交换膜燃料电池移动电源是当前燃料电池研究领域的一个重要方向,也是一个研究热点,其中质子交换膜燃料电池的温度控制对移动电源的电池性能影响很大。从应用的角度出发,采用多变量模糊推理和模糊逻辑控制的理论,对质子交换膜燃料电池温度控制进行了研究,建立了质子交换膜燃料电池移动电源的温度模糊控制系统,以有效地解决质子交换膜燃料电池温度控制的时变性、大滞后、不确定性和强耦合的难题。经过计算机仿真,结果表明此控制方案是合理和有效的,而且满足它的温度控制特性的要求。     

单电源燃料电池电动车的设计与控制研究

采用质子交换膜燃料电池(PEM FC)与人力相结合的动力系统,设计出一种仅由PEM FC供电的电动车。该系统针对PEM FC在电动车启动、爬坡时输出功率不能很好满足车辆要求的特性,采用人力补偿及合理的控制策略使PEM FC在高效率下运行,克服PEM FC作为独立电源供电的不足。理论分析和实物运行结果表明,该系统具有较高的能量效率和良好的运行稳定性。     

质子交换膜燃料电池模拟器的建模与控制

燃料电池是极具吸引力的新能源之一,但它在化学反应中存在极化现象,输出特性不稳定.搭建了一种质子交换膜燃料电池的仿真器,用于在无实际燃料电池的情况下取代燃料电池,进行相关的优化控制实验.实验表明,该仿真器的输出特性与实际燃料电池的输出特性非常逼近.用其取代燃料电池进行优化控制实验是可行的,为进行燃料电池供电系统的能量管理、控制和优化提供了有利帮助.     

便携式PEMFC移动电源系统的设计与研究

针对便携式通信电源的实际需要,结合小型燃料电池发电系统的技术发展,提出了小型化、轻便化、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)移动电源系统的总体设计方案。设计中,采用常压空气作为氧化剂,采用固态可逆金属储氢器来存储、供应氢气,限定氢气的流速与压力稳定在最佳工况值;利用散热风扇、外加散热片和小型增湿器来调节电池堆内部的温、湿度;采用大电容续流、直流斩波加脉宽调制的方式来实现稳压输出;采用以单片机为核心的控制单元来实现系统各单元的协调控制。最后研制了实验型样机,通过对其单项性能和实际负载能力的测试,发现其供电平稳,可靠性较高,达到了预期的设计目标。     

适用于质子交换膜燃料电池的数字电源研究

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作方式,并针对其输出特性偏软、电压偏低的特点,详细介绍利用数字化DC/DC变换器和DC/AC逆变器改善燃料电池输出特性,提高输出电压的方法。设计了基于AT89S51控制器的控制系统硬件电路平台,将燃料电池转换成稳定可控并可提供多电平-交/直电流的多用途数字电源。     

不同流场的PEMFC性能研究

改进了一个耦合气体流道和气体扩散层的两相、三维和多组分质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,研究4种流道形式对PEMFC输出性能的影响。设定温度为70℃,有效面积为3.61 cm~2的情况下,发现单边交指单蛇形流道的性能最好,单蛇形流道的性能最差。阳极流场的形状对PEMFC性能的影响不大。单边交指单蛇形流道的阴极氧气浓度分布最均匀,浓度差值为6.41 mol/m~3,同时排水性能最好,阴极流道内水浓度差值为10.25 mol/m~3。     

PEMFC的通用稳态电压模型的开发

为了进行电池控制设计而为电池输出电压建立模型。在分析大量文献的机理模型和经验模型的基础上,将机理和经验两种建模方法良好结合,重点是改进电池膜阻抗部分的模型,目的是使得到的PEMFC电压模型因为基于机理基础而具有灵活的有效性,同时又有经验的形式而具有适合控制的简单性。多组PEMFC实验数据的验证表明,提出的膜阻抗模型能够在电流密度为0～0.9A/cm的范围内准确预测各种Nafion117膜的阻抗,电压模型能够在很大的电流密度范围内,适用于具有不同反应面积和不同特点Nafion膜的PEM燃料电池,因此是PEM燃料电池发电系统仿真和设计分析的一个很有用的工具。     

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。