质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,并研究了工作温度、反应气体工作压力以及质子交换膜面积变化对电池输出性能的影响。与此同时结合所建立的质子交换膜燃料电池模型设计了一款采用PID控制的Boost升压电路,将燃料电池输出不稳定的电压转变成可供给负载稳定使用的24V电压。     

PEMFC输出特性建模与多因素仿真分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一个涉及多个学科领域的复杂系统,其输出特性受到多种因素的影响.为研究工作温度、压力、膜含水量、加载幅度、加载速度对其输出特性的影响,根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)的数学模型,建立了考虑双电层电容作用的电压动态模型,并在Matlab/Simulink平台上进行仿真.利用实验室自制风冷自增湿DXFC-200质子交换膜燃料电池和燃料电池测试系统,将现场测得实际输出伏安特性曲线与所建模型输出曲线进行拟合,证明了模型的准确性和稳定性.在此基础上进行单因素纵向分析,并进一步运用正交实验进行多因素横向比较,分析了在低电流区域和高电流区域工作温度、压力、膜含水量对电池输出特性的影响程度.分析结果表明:在一定范围内提高温度、增大压力、增大膜含水量、减小加载幅度和加载速度可以有效改善电池性能;在低电流区域,工作温度对电池输出特性影响更显著,在高电流区域,膜含水量对其性能影响更显著.所建模型可以真实反映质子交换膜燃料电池的工作特性,对于改善电池性能,延缓电池衰减,制定燃料电池控制策略能够提供基础理论支持.     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真研究

发展了一种质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态建模和仿真的方法.通过对电池稳态经验模型的扩展,运用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了质子交换膜燃料电池动态仿真模型,研究了电堆的运行参数对电池输出性能的影响,仿真结果与实验数据吻合较好.该方法可以用于燃料电池的分析、优化设计以及电池系统的实时控制.     

车用直流道质子交换膜燃料电池性能仿真及试验研究

使用计算流体动力学(CFD)方法,建立了三维直流道质子交换膜燃料电池的阳极和阴极模型。使用500W质子交换膜燃料电池电堆验证了电池的输出特性,分析了反应气体压力、电堆温度和气体增湿温度对电池输出电压的影响。根据内部流场的仿真结果,考察了反应气体压力、温度等操作条件因素对反应物和电流密度分布的影响,为提高车用质子交换膜燃料电池性能及工作的稳定性提供参考。     

PEMFC二维稳态水传输模拟分析

建立了一个二维稳态等温的质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型用于研究电池内部水传输机理。模型综合考虑了电池中的动量守恒、质量传输和电荷守恒,以及催化层中的电化学反应。通过计算预测了电池在特定条件下的极化曲线,曲线趋势和试验结果吻合良好。模拟分析电池内部水传输机理表明:电流密度增加会加强水从阳极向阴极的迁移,使膜的阳极侧脱水;进气湿度对水的传输有较大的影响,减小任何一侧气体的相对湿度会使膜大范围干燥,导致电池性能下降。     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFC)经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响.该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制.     

温度和阴极湿度对质子交换膜燃料电池的影响

温度和阴极湿度直接影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)的功率密度与内部水分布,由于二者的耦合作用,在工程实际中,PEMFC的高效可靠运行往往需要同时考虑二者的调节关系。因此,针对这一问题,提出了工作温度与阴极湿度双参数对PEMFC性能的协同影响分析。文中对于逆流形式单直通道的PEMFC,构建了三维稳态模型。通过与实验结果对比,验证了模型的正确性,并根据电压变化研究了不同组合下PEMFC功率密度和内部水分布特性。结果表明,在不同电压阶段,质子交换膜(PEM)对温度和阴极湿度的敏感性不同,对两者进行耦合分析,可获得较高的质子交换膜电导率和较宽的功率密度调节域。     

质子交换膜燃料电池在军用通信上的应用前景

通过对质子交换膜燃料电池(PEMFC)关键技术发展状况的分析,以及它与各种军用通信用的化学电源之间的性能比较,并根据军用通信对电池的要求,提出了PEMFC在军用通信上的应用前景。     

质子交换膜燃料电池催化剂研究进展

电催化剂的研究对降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本以及提高电池性能具有重要意义.质子交换膜燃料电池催化剂的研究主要是围绕铂系金属为主的贵金属催化剂展开,同时研究降低贵金属催化剂用量,寻找廉价催化剂,提高电催化活性.对电催化剂研究现状进行了综述,并根据目前的研究现状,展望了催化剂的发展趋势.     

车用PEM燃料电池建模及温度对性能影响研究

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell;PEMFC)是燃料电池中最常见的类型,也是最有希望在近年内完成技术积累,从而推向商业化的车用新能源动力系统之一。根据PEMFC的结构和工作原理,构建了PEMFC的数学模型和单电池系统仿真模型。研究了在293~353 K温度区间,温度逐渐升高,PEMFC的输出电压、活化过电压、欧姆过电压、浓差过电压、功率、效率等性能随温度变化的规律,并应用回归分析的方法,分析了输出电压、活化过电压、电池功率随温度变化的趋势,得到了令人满意的结果,为实验研究提供了理论和方法依据。     

基于MATLAB的质子交换膜燃料电池仿真实验系统

利用燃料电池的经验方程建立了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的一维稳态模型,进行了仿真和结果分析,仿真结果与实验数据吻合较好.利用VB(Visual Basic)编写人机交互界面作为前台用户程序,以MATLAB的SIMULINK在后台运行,发展了一种基于MATLAB和VB软件包的质子交换膜燃料电池特性参数仿真实验软件,并对PEMFC的工作温度、反应气压力等参数对其性能的影响进行了仿真分析,有助于进行燃料电池特性参数仿真实验以及对燃料电池的分析、设计和优化.     

进气温度对质子交换膜燃料电池性能影响的试验研究

为了研究不同进气温度对质子交换膜燃料电池性能的影响.首先分析了质子交换膜燃料电池反应的基本原理;其次建立了一个质子交换膜燃料电池性能测试平台,通过控制空气和氢气侧压力为0.1 MPa、燃料电池工作温度为60℃时,同时改变阴极和阳极侧进气温度来对一个由十片单电池组成的电堆进行实验.实验结果表明:质子交换膜燃料电池性能受进气温度影响较大,在燃料电池进气压力和工作温度一定的情况下,随着进气流量的增加,进气温度随之升高,电池性能也将得到明显改善;其次,通过比较同一进气压力、进气温度和工作温度下电堆的一致性,得出第十片单电池性能衰减较快.     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电（proton exchange membrane fuel cells, PEMFC）经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMUEINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响．该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制．     

质子交换膜燃料电池动态模型研究

对近10年内PEMFC从单电池到电池系统的动态模型进行了简要介绍.提出了当前动态模型工作中存在的问题,指出模型工作可能的发展方向1)从微观角度更趋近真实地描述电池内部过程,建立包括电极过程动力学与电化学热力学等的机理模型;2)从宏观的角度发展用于全面描述质子交换膜燃料电池系统的联合数学模型.     

质子交换膜燃料电池堆建模与参数分析

质子交换膜燃料电池性能衰退与寿命预测研究需要依靠多物理仿真模型。为了满足燃料电池堆对仿真工具的要求,单电池模型被串联起来建立了一个燃料电池堆二维模型。在每个单电池内,考虑了各个组件的气体成分,带电离子和水分子的耦合传输特性。以10个单电池组成的电堆为例,将电池堆性能的影响因素归结为内部性能参数和操作运行过程中的控制参数。得到了燃料电池堆的气体浓度分布、阴阳极湿度分布、局部电流密度分布和整体温度分布等。最后对电池内部性能参数和操作参数进行分析,发现提高催化层活性比表面积可改善活化损失;提高质子交换膜电导率可改善欧姆损失;提高扩散层孔隙率可改善浓差损失。为PEMFC性能优化设计和操作条件的选择打下基础。     

我国CCM型膜电极研究取得重大进展

科技部门户网站报道（2013—07—24）膜电极是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件,直接影响电池输出性能和反应效率,开发低铂（Pt）担量、高反应效率的CCM（催化剂制备到膜上）型薄催化层膜电极是目前质子交换膜燃料电池开发的一个重要技术方向．在“863计划”电动汽车重大项目支持下,大连化物所承担的“下一代燃料电池系统研究与开发”课题目前取得重大突破和阶段性成果．     

质子交换膜燃料电池的湿度特性和水的迁移途径

质子交换膜燃料电池的工作性能与湿度密切相关。本文研究了影响质子交换膜燃料电池水平衡的各种因素:电流密度上升,阴极生成的水量也逐渐增多;随着电地温度的提高,维持电池水平衡的电流密度必须提高;为减小欧姆损失,阳极气流需要增湿。本文分析了质子交换膜燃料电池水迁移的原理。为了利用反应生成的水,要采用水管理方法:水管理不足以获得足够含水率时,应采用加湿技术。本文比较了内外加湿法的优劣,借助数学建模的方法模拟了电池内部的工作过程,预测内部湿化系统可以免除气体交叉现象的出现,可以克服电池性能受到影响的弊病。     

质子交换膜燃料电池催化层气液两相流的建模及仿真

质子交换膜燃料电池中液态水含量的多少对电池性能具有十分重要的影响。考虑了质子交换膜燃料电池催化层中气液态水的影响,在假设电池内部保持等温、稳态的基础上建立了电池阴极一维气液两相流模型。运用MATLAB软件对电池内部不同的液态水饱和度、温度以及不同阴极进气压力对单电池输出电压的影响进行了仿真,得出不同条件下的电流密度和电压之间的关系曲线,将仿真结果与实验数据相比较,该结果与实验数据符合较好,可为车用燃料电池的优化与控制提供依据。     

基于质子交换膜动态特性的PEM燃料电池建模与仿真

质子交换膜是燃料电池的核心部分,膜的含水量及膜内阻对燃料电池的性能至关重要。基于质量守恒、能量守恒、电荷守恒和电化学反应动力学,将燃料电池划分为阳极气道、阳极扩散层/催化层、质子交换膜、阴极气道、阴极扩散层/催化层5个控制体,建立了简化的半机理半经验动态模型,描述了H2O和H2等各组分在相应控制体内及燃料电池关于电压、温度、压力和膜含水量等一些重要变量(如电压、温度、压力和膜含水量等)的动静态特性;描述了水通量密度、质子通量密度和含水量等膜内变量(如水通量密度、质子通量密度和含水量等)的动态过程。仿真结果表明,该模型能够较准确地反映运行参数对PEMFC动静态性能的影响。     

聚合物电解质燃料电池研究进展

综述了聚合物电解质燃料电池（PEMFC）的研究进展，讨论了PEMFC的五个主要研究问题，比较、分析了Nafion、聚苯并咪唑（PBI）膜和其他质子交换膜性能。最后，对质子交换膜的研究提供了意见。