质子交换膜燃料电池内阻测试系统设计

针对燃料内阻在线测试系统设计了以单片机PIC18F458和EPM570GT100C高性能CPLD处理器为主控制器的燃料电池内阻采样处理单元,给出了以Visual C＋＋6.0为软件开发平台的USB通信协议的设计与实现方法。该测试系统能够对硬件中断、硬件轮询等特别任务迅速响应,满足了项目的实时性要求。     

质子交换膜燃料电池半经验模型

在燃料电池浓差极化计算过程中,根据基准空气过量系数与实际空气过量系数修正阴极扩散层孔隙率。修正孔隙率后的浓差极化与没有修正孔隙率的结果最大差值为0.06 V,对燃料电池模型计算结果影响较大。利用空气过量系数修正膜的电导率,讨论水管理对欧姆极化的影响,计算结果表明水管理对欧姆极化影响相对较小。综合开路电压和各种极化的计算建立燃料电池半经验模型,并采用该模型计算不同电流密度下,活化极化、欧姆极化以及浓差极化占总极化的比例,结果表明随电流密度的增大,欧姆极化和浓差极化所占比例不断加大。利用燃料电池试验台架进行燃料池的极化曲线试验,试验结果与计算结果十分吻合。     

不同参数对质子交换膜燃料电池输出特性的影响

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)的性能主要受到物理参数影响的问题,通过FLUENT软件建立燃料电池动力学模型,以对物理参数进行研究,得到了直行多流道单体质子交换膜燃料电池的极化曲线并对输出性能进行对比.结果表明:升高工作温度、升高运行压力以及降低...     

400W质子交换膜燃料电池控制系统设计

为了使质子交换膜燃料电池系统能够高效可靠稳定地工作,设计了一种基ATmega128单片机作为核心控制单元的400W空冷型燃料电池控制器,有效地整合了燃料电池发电系统,实现了对氢气供给、空气供给、风扇、模拟量监测和显示等子系统的控制。试验结果表明,该系统设计可靠,运行稳定。     

华工建成“质子交换膜燃料电池”示范电站

位于广州大学城华南理工大学校同内的“质子交换膜燃料电池”示范电站日前已开始运转。电站由华南理工大学自行设计建造,项目负责人之一、华工教授廖世军认为,作为重要的新能源方向,示范电站的建成标志着广东在燃料电池领域走到了前列,并奠定了该技术的商用化基础。     

质子交换膜燃料电池水管理模型

水管理是质子交换膜燃料电池的关键技术之一。建立了包括电极扩散层模型、阴极催化剂层伪均质模型和质子交换膜水传递模型的一维稳态质子交换膜燃料电池水管理模型,得到的电池极化特性与试验结果吻合。在此基础上分析了电池温度和反应气体流量、压力、增湿温度和相对湿度等操作条件对电池性能的影响,为燃料电池发动机系统的仿真、优化和控制提供了一个良好的基础。     

高压质子交换膜燃料电池正交试验研究

燃料电池做为汽车动力源时,应能够在多变环境和不同工况下保持高效、稳定的工作状态.燃料电池在不同工况下,其运行参数对燃料电池本身性能的影响是不同的.为给燃料电池提供合适的工作条件,确保燃料电池在高效区运行.通过对高压质子交换膜燃料电池的正交试验研究,分析流量、压力和温度等运行参数对高压燃料电池性能的影响,得到如下结论:空气流量对燃料电池性能的影响较小,随着电流的增加,影响有所增加;空气压力的影响略大,并且在小电流时,这种影响比较显著;氢气压力(压力差)的影响始终很小,几乎可以认为没有影响;燃料电池工作温度对燃料电池性能的影响仍然十分大,并且随着温度的升高,其影响越来越大;随着电流的加大,燃料电池温度的影响也逐渐增大,在高电流状态下,几乎是唯一重要的影响因素.     

小型质子交换膜燃料电池箱体结构设计

小型质子交换膜燃料电池作为目前质子交换膜燃料电池的研究热点之一,其箱体结构设计的灵活、实用、可靠和便捷性更有利于其在小型电子设备和小功率移动电源等领域的广泛应用。考虑了在高压氢气瓶、便携式金属氢化物储气罐等不同氢气供气方式下设计小型质子交换膜燃料电池箱体结构,使其既能在通用供气方式下作为一个单独的部件进行供电,也能快速安装金属氢化物储气罐箱体进行便携式供电,实现了使用的可靠性、灵活性和便捷性。     

车用质子交换膜燃料电池仿真技术路线

质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型,可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源,是当前新能源领域的研究热点.主要针对车用质子交换膜燃料电池的三种仿真参数模型就当前国内外研究进展进行论述.     

质子交换膜燃料电池的三维流场技术研究进展

流场板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,其流场结构直接影响着反应气体的传输分配以及燃料电池的排水与散热性能.常规流场往往存在水分布不均和局部热点的现象,容易导致燃料电池输出性能退化,甚至造成系统崩溃.三维流场具有优异的传质传热特性,能有效提高质子交换膜燃料电池性能,已成为当前研究热点.根据流场结构形式的不同,三维流场...     

车用质子交换膜燃料电池动态建模与仿真分析

基于质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作机理的分析,考察工作过程中影响其输出特性的5个主要因素（包括理想电动势、欧姆极化电压、活化极化电压、浓度差极化电压和辅助系统电压）,建立了PEMFC的动态数学模型,利用Matlab/Simulink仿真平台对该模型进行了仿真,结果表明,模型输出能有效反映PEMFC的电压输出特性,为PEMFC控制系统的开发奠定了基础。     

基于模糊对向传播网络的PEMFC建模

质子交换膜燃料电池是由一种质子导体聚合电解膜构成的燃料电池,作为21世纪的绿色环保能源,对质子交换膜燃料电池进行输出特性研究有助于改善其性能,提高其工作效率。对于这种离散非线性系统,文章将神经网络和模糊控制技术相结合,设计出了一种以模糊神经网络自适应控制系统为核心的建模方法,它是由模糊对向传播（FCP）网络辨识器构成,仿真结果表明该模型可行,而且模型精度较高,从而为设计PEMFC实时控制系统奠定了一定的基础。     

国产质子交换膜燃料电池关键材料及部件的电池组性能

基于质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)技术的实际应用要求,针对其国产关键材料和部件(包括电催化剂、质子交换膜、炭纸、双极板)进行性能表征、电池组制造工艺开发和电池组应用性能研究,结果表明:国产炭纸、复合质子交换膜、复合催化剂以及薄型不锈钢双极板无论是在基本性能还是在电池组应用方面都达到了国外同类产品的水平,能够满足车用燃料电池发动机的要求。目前,复合质子交换膜产品已实现批量生产,炭纸和复合催化剂已具备批量制造能力,薄型不锈钢双极板的批量制造工艺和设备已进入开发阶段,采用这些国产材料和部件组装的PEMFC车用发动机正在进行实际应用考核。初步预计:通过这些国产关键材料和部件的应用,可以将PEMFC的材料成本降低50%以上,同时还可以大幅度提高电池性能,为推进我国燃料电池产品的实际应用奠定基础。     

质子交换膜燃料电池密封系统热力耦合仿真研究

温度影响质子交换膜燃料电池（PEMFC）的密封性能和力学行为,因而影响其使用寿命和可靠性。为研究PEMFC在热力耦合下的密封性能和力学行为,建立PEMFC单电池和多电池结构的二维模型,研究密封系统在不同工作温度下的应力-应变分布,讨论橡胶密封圈压缩比、双极板错位和密封垫尺寸对PEMFC密封性能和力学性能的影响。结果表明：温度对密封圈的Mises应力和膜电极组件（MEA）框架接触压力有很大影响;在不同工作温度下单电池和多电池结构的密封性能相似,应力和接触压力分布差别也不大,因此单电池结构的研究结论可以推广到多电池结构;随着橡胶密封圈压缩比和密封圈尺寸的增加,燃料电池密封性能得到改善;而双极板错位会加剧MEA框架的变形;高应力区出现在橡胶密封圈的横截面内部,容易导致局部应力集中和密封失效。     

基于磁场的质子交换膜燃料电池故障诊断方法

故障诊断作为解决质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的安全和寿命问题的重要途径之一,备受研究人员关注。然而在当前PEMFC诊断中,对其早期故障诊断的研究较少,而在亟需早期故障诊断以便及时进行维护控制的PEMFC应用领域,如燃料电池汽车等,在故障发生早期对其进行精确诊断极其重要。该文针对现有PEMFC早期故障诊断方法匮乏问题,提出一种基于磁场的PEMFC故障诊断方法。首先建立PEMFC三维仿真模型,研究燃料电池性能变化与其外部磁场间关联机制,在此基础上搭建燃料电池磁场检测系统,并构建卷积神经网络（Convolutional neural network,CNN）对采集的磁场数据进行分析,验证其在包括水淹、膜干等不同PEMFC故障中的早期诊断效果。结果表明,采用基于磁场数据和卷积神经网络的故障诊断方法,可实现燃料电池不同程度、不同类型故障的在线识别和早期诊断。研究结果验证了磁场数据用于PEMFC故障诊断的可行性,对促进PEMFC故障诊断方法进一步发展、提升PEMFC系统可靠性和耐久性具有重要意义。     

质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱弛豫时间分布研究

电化学阻抗谱技术能够获取燃料电池不同频率阻抗,但对阻抗的构成缺乏进一步解析,难以直接构建精准的等效电路模型进行阻抗拟合分析,而弛豫时间分布(Distribution of relaxation time, DRT)方法不需要定义特定的等效电路模型,即可解析燃料电池不同时间常数的极化过程。针对实验室用质子交换膜燃料电池,在不同运行条件下对其进行阻抗谱测量,并通过Kramers-Kronig关系验证所记录阻抗数据的质量。基于DRT分析方法,系统地解释阻抗谱中各频段阻抗对应的物理或化学意义。研究表明,该电池的电化学阻抗谱主要由3个不同时间常数频段的极化阻抗构成,通过与运行条件相关性的系统分析,确定低频段阻抗为氧气在多孔介质中的传输阻碍,中频段阻抗为与氧还原反应有关的电荷传递阻碍,中高频段阻抗为阴极催化剂层中的质子传输阻碍。为进一步确定DRT分析结果的合理性,采用等效电路模型拟合测量的阻抗数据,辨识的电阻元件参数变化趋势与DRT分析结果一致。     

[绿色设计]面向2020年的质子交换膜燃料电池汽车生命周期评价及预测

运用GaBi软件建模,以我国燃料电池技术2020年发展目标为基础,结合美国能源部2020年燃料电池汽车技术计划,对2020年我国燃料电池汽车的全生命周期节能减排绩效进行定量评价计算和预测分析。结果表明：2020年我国每台燃料电池汽车全生命周期平均矿产资源消耗量EADP(e)、化石能源消耗量FADP(f)和温室气体排放量QGWP分别为0.609 kg（锑当量）、3.99×105 MJ以及2.99×104 kg（CO2当量）。从其全生命周期来看,EADP(e)、FADP(f)与原材料获取阶段贵金属铂的生产、制氢技术以及燃料电池的效率有关,QGWP则主要来源于制氢过程中消耗的化石燃料和电能。降低燃料电池汽车对资源环境影响的有效措施有：加快研发关键材料及金属铂的高效回收策略,从而不断降低贵金属的消耗量;改进制氢技术,由化石能源主导变为可再生清洁能源主导;逐步优化电力结构,有效降低氢气压缩过程中的煤电消耗量等。     

运行参数的动态控制对100 kW燃料电池系统效率及稳定性的影响

质子交换膜燃料电池运行过程中的功率输出,电流、电压输出,运行温度,向燃料电池输送的燃料氢气及氧化剂空气的流量、温度、湿度,冷却流体温度等运行参数之间可实现动态关联控制,对提高燃料电池运行效率及稳定性有重大影响。当燃料电池发电系统由怠速状态转向输出状态时,要求向燃料电池供应的燃料氢气、空气、冷却流体的流量也发生变化,并对其他运行参数(例如湿度、温度)实施动态控制,不但满足燃料电池功率输出变化的要求,而且可以达到提高燃料电池发电系统自身的燃料效率与运行稳定性的目的。     

基于模糊预测控制的燃料电池温度控制系统的研究

PEMFC的温度控制系统表现为多输入多输出、耦合、时滞、时变性、非线性、不确定性、信息量少等特点,采用传统的控制方法通常不能得到比较好的控制效果。因此,文章从控制和建模的角度出发,选择了一种基于模糊模型的预测控制算法对PEMFC的温度进行控制,并且通过仿真试验得出了比较满意的控制效果。