质子交换膜燃料电池系统运行特性

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、零污染的发电技术,能够将氢气的化学能通过电化学反应直接转化为电能,在家用热电联产、备用电源、新能源汽车等领域具有广阔的应用前景。电池堆是PEMFC系统的核心部件,系统结构及集成工艺对燃料电池堆性能影响显著。本文针对PEMFC系统结构、气路子系统、增湿子系统、热管理子系统、控制子系统分别进行了阐述,并实验测试了自消耗情况以及系统启动温度、系统稳定运行温度等因素变化时电池堆的电流-电压曲线,获得了PEMFC性能变化规律。实验结果表明:PEMFC系统的启动温度和稳定运行温度对电池性能有较为显著的影响,当系统启动温度约为25℃、稳定运行温度为50~60℃时,电池堆性能达到最优值。该结论可为优化质子交换膜燃料电池堆性能、提高电池系统运行稳定性提供依据。     

空冷型PEMFC电堆温度特性及模糊PID融合控制

以实验手段对空冷型电堆的温度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度对输出性能的影响,并结合分析结果推导出了电堆工作温度特性经验模型;同时针对电堆工作温度控制特点,设计了电堆工作温度的模糊PID融合控制方法。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。     

基于扩张状态观测器的PEMFC电堆温度控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电堆温度控制系统,提出一种基于扩张状态观测器的PEMFC电堆温度控制器设计方法。首先建立PEMFC的电堆温度模型,并对模型进行非线性变换。根据变换后的模型设计扩张状态观测器,利用扩张状态观测器得到电堆温度的动态过程,并将得到的动态过程信息补偿到控制器中。所设计的控制器不需精确的PEMFC内部传热过程,是一种不基于模型的控制器设计方法,且算法简单,工程实用性强。仿真结果表明所提出的控制方法适合PEMFC电堆温度控制系统的设计,并具有较好的控制效果。     

基于PEMFC的冷热电联供空调系统设计与建模研究

燃料电池冷热电联供系统具有多变量、非线性、多回路强耦合等特点。基于空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)设计了燃料电池冷热电联供系统,提出了对冷热电联供系统的控制策略:采用模糊PID融合控制使PEMFC电堆工作性能最优,对冷热电联供系统送风管网建立了热量平衡和物质传输机理模型,采用前馈解耦方法实现送风管网的解耦控制。     

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建模与控制

针对目前PEMFC数学模型复杂难解和不能用于实际控制的弊端,综述了PEMFC系统建模,说明了PEMFC建模的发展趋势;分析了PEMFC控制的特点和发展趋势,从实时控制的工程角度出发,提出了PEMFC系统控制的新方案。     

基于改进磷虾群算法优化Elman神经网络的PEMFC电堆建模

质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的优化控制需要有精确的电堆模型.现有的基于Elman神经网络建立的PEMFC电堆模型已具有较好的精度,但是此种电堆模型仍然存在容易陷入局部极值、结果无法重现等问题.考虑可以将自适应莱维飞行和偏好随机游动两种机制引入基本磷虾群(Krill Herd,KH)算法,得到一种改进的磷虾群(I...     

空冷型PEMFC电堆温度建模及改进GPC控制

为了使电池具有良好的输出性能,质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆温度必须控制在一个合适的范围内.提出了一个基于广义预测控制(GPC)的PEMFC温度预测控制方案.根据电池内部的能量守恒定律,建立了空冷型燃料电池电堆温度模型,基于此温度模型,采用GPC控制器建立了PEMFC温度控制系统,并提出一种改进的广义预测控制算法,减少了计算量和控制过程中的超调.设定温度为实验所获得的最佳工作温度.控制仿真结果表明,设计的PEMFC温度GPC控制系统有较高的控制精度与响应速度.     

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...     

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。     

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。     

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。     

PEMFC发动机输出功率瞬态响应仿真研究

结合质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机的工作原理,建立电化学模型。在此基础上,利用MATLAB/SIMULINK软件平台建立电池的瞬态响应仿真模型。不考虑空气系统的时间滞后,影响电池动态响应时间的主要因素为扩散浓差极化,它限制了电流的变化率。以MarkV型发动机为实例,通过分析负载突变的情况下PEMFC发动机输出功率的瞬态响应特性,得出结论为燃料电池的电化学反应时间常数相对较小,从30kW到50kW突变负载时为122ms(误差为5%)。     

空冷自增湿PEMFC测试平台设计

为便于对空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能测试及控制算法设计,基于工控机、Lab VIEW及USB数据采集模块设计了一种通用开放式空冷自增湿PEMFC测试平台,用于对空冷自增湿PEMFC性能测试及控制算法设计与验证。测试平台通过USB数据采集模块采集PEMFC电堆的温度、输出电流、输出电压等参数,实时显示电堆当前状态参数曲线,并输出相应控制信号控制电堆稳定运行。经实验验证,该测试平台运行可靠,监控性能良好,实用性强,为研究空冷自增湿PEMFC的性能与控制算法设计提供了开放式测试平台,具有很高的实用价值。     

100kW燃料电池发电系统水热模块设计与模拟

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)在分布式发电领域具有广泛的应用前景,不仅能够为小范围区域提供电力,还可以利用燃料电池发电过程中产生的热量对外供热。本文以100 k W燃料电池发电系统为研究对象,对系统中电池堆、功率变换器、控制器、辅助部件等模块的功能和参数进行了设计,重点对系统的水热模块进行了模拟,研究了电堆进气相对湿度(RH)、操作温度、操作压力、冷却温度对系统水热平衡的影响。     

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.     

质子交换膜燃料电池及系统建模的研究与进展

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行数学模拟,有助于了解电池内部的物理化学过程,为进一步优化电池结构、尺寸和操作条件提供参考。详细介绍了目前PEMFC关于质子交换膜、电极、单电池,电池组和系统四个尺度上的建模现状,并指出了现有模型的优缺点。主要讨论:(1)全氟磺酸膜反胶束离子簇模型,微观尺度上膜的传递机理;(2)电极内传质、传热过程,分析各种电极模型的有效性; (3)水在膜内的传递现象,表明控制适当的水分布对提高电池性能非常重要;(4)单电池模拟过程中对热平衡和水平衡同时考虑。最后,分析了质子交换膜燃料电池建模的发展方向。     

质子交换膜燃料电池低温启动特性研究

提出了一种冷却介质辅热的燃料电池系统低温自启动设计方案,并基于二维非稳态模型研究了单电池与电池堆在低温启动过程中温度的动态分布特性。研究结果表明,电池堆端板的热容效应与冷却液流速分布是影响电池堆温度分布的主要因素。降低燃料电池端板的热容及电堆的轻量化设计将有助于提高电池的低温启动能量效率与工作寿命。     

基于LabVIEW的PEMFC特性研究

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢气流量、氢气压力、环境温度等参数对电堆的发电性能影响较大。首先通过实验研究了电堆最佳工作温度的确定方法和输出电压特性,其次采用了一种广义多项式拟合方法获得了它们的描述公式,最后基于LabVIEW设计了电堆温度和输出电压的特性研究软件,软件仿真结果与实验数据拟合精度较高,为研究PEMFC系统提供了一种切实有效的方法。