熔盐燃料电池堆温度场的数值分析

通过研究熔融碳酸盐燃料电池的传热传质和电化学反应机理,根据质能守恒原理建立了电堆的稳态温度模型。模型考虑了辐射换热、转换反应及组分动量的变化。求解传质方程时对电流密度做了一阶假设。结果表明顺流型熔融碳酸盐燃料电池堆的最高温度在电堆中间和出口部分;入口气流温度、阴极利用率和电流密度是影响电堆温度的主要因素。     

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。     

塔式太阳能发电多孔介质吸热器动态模型

塔式太阳能发电多孔介质空气吸热器吸热表面温度变化率与吸热器的最大热应力成正比,出口空气温度的动态特性与发电系统的功率特性直接相关。建立多孔泡沫陶瓷吸热器传热传质非稳态模型,利用实验数据建立容积对流换热系数模型,并应用数值方法求解非稳态模型。研究投入热流密度和空气入口流速阶跃后吸热表面固体骨架温度和出口空气温度的动态变化特性。研究结果可以为该类型吸热器的设计和优化控制提供参考。     

熔融碳酸盐燃料电池电堆的输出电压模型

为保证熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)电堆可靠、高效和安全地运行 ,要求保持输出电压的恒定。根据MCFC电堆发电过程中物质与电量的平衡 ,分析了顺流型电堆的内部动态特性 ,就输出电压与燃料气体利用率和电流密度等相关量建立了由一组变系数偏微分方程和积分方程描述的数学模型 ,并从外部负载扰动的角度讨论了各状态量之间的相互关系。仿真结果证实了分析和建模的正确性。     

空冷型质子交换膜燃料电池堆温湿度特性建模

空冷型质子交换膜燃料电池(Air-CoolingPEMFC)电堆具有结构简单,自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着更为光明的应用前景。在电堆的工作条件中,电堆工作温度和湿度是影响电堆性能的关键因素。以实验手段对空冷型电堆的温度和湿度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度和尾气排放周期对输出性能的影响,并结合分析结果基于遗传算法建立了电堆温度和湿度特性经验模型。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度和湿度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。     

质子交换膜燃料电池电堆系统建模与控制研究

首先介绍质子交换膜燃料电池(PEMFC)的单体结构和工作原理,并针对PEMFC电堆系统的复杂性,提出PEMFC电堆系统结构,系统结构包含PEMFC反应物供应、过程调节、水/热管理、输出调节和系统控制。然后在已有的PEMFC机理模型和经验模型的基础上,详细分析PEMFC电堆系统的数学建模,给出PEMFC电堆系统结构条件的划分、变量空间的建立、参数的选择和模型辨识。最后讨论PEMFC电堆系统控制的现状和发展,研究PEMFC电堆系统控制的特点,从应用的角度出发,提出基于模糊推理控制和广义预测控制的PEMFC电堆系统控制的可行方案。     

锂电池组动态热模型在混合动力汽车中的应用

锂离子电池热模型对于电池单体和热管理系统的设计有着重要的意义,研究串并联组合的锂离子电池组在混合动力汽车系统中的性能和寿命,提出面向控制的电池组动态热模型,该模型能根据电池组当前的环境温度、运行负荷、冷却强度和初始荷电状态实时估计电池组中各单体电池的运行温度。实验利用18650型锂离子电池单体,实现3并3串和3串3并形式的电池组循环充放电,得到单体电池温度分布曲线。仿真比较结果表明,提出的电池组热模型具有较高的估计精度,满足混合动力汽车的热管理系统的设计要求。     

基于神经网络的动力电池单体电压差预测方法

针对动力电池单体电压差预测问题,基于神经网络算法建立单体电压差预测模型。将总里程、电池包电流、电池包电压、电池温度、SOC作为模型的输入,将单体电压差作为模型的输出,将电动汽车长里程道路试验采集的数据划分为训练集和测试集,用于模型的训练和测试。结果表明,用所提方法进行单体电压差预测时可使均方差仅为0.004%,可行性被验证。最后,用所提方法得到长里程下单体电压差的预测值,为动力电池单体电压差的定量预测提供了一种新的方法。     

槽式太阳能热发电聚光集热器性能计算

在已有模型的基础上,重新选择实验关联式,建立了计算模型.求解后,将计算结果与实验结果比较,证明该模型优于原有模型.使用该模型计算了不同辐射强度、工质入口温度、流量下的效率与出口温度,通过对这些数据的分析和整理,采用非线性Nelder Mead算法进行拟合,得出了以辐射强度、工质入口温度、流量为变量的LS-2型集热器效率和工质出口温度的多变量关系式.该关系式对设定实验参数及进一步提高聚光集热器性能具有指导意义.     

PHOTO NEWS

正012017年12月28日,华润电力内黄400兆瓦风电项目升压B站工程顺利并网,12月30日首批风机并网发电成功,这标志着由长江设计院独立设计的全国最大陆地单体风电场工程投运成功。022018年1月3日,哈电集团所属佳电股份与沈鼓集团合作制造的,我国首个出口"华龙一号"堆腔泵类型产品,中国中原对外工程有限公司巴基斯坦卡拉奇3号机组堆腔泵成功发运。     

固体氧化物燃料电池三维热流电化学分析

根据平板固体氧化物燃料电池(SOFC)工作原理，对其工作系统的传热传质和电化学反应建立三维热流模型和电化学模型。控制方程引入源项，质量源项表征反应物和产物的质量变化，用Darcy模型描述气体在多孔电极内的动量源项，能量源项反应系统内的化学反应热和欧姆热。以交换电流密度连接SOFC的热流和电化学模型的耦合分析，CFD软件ANSYS-CFX求解热流模型，子程序计算电化学反应。改变工作参数如气体流动方向、燃料气组分和燃料气流动速度，分析其对电池温度场及电流密度分布的影响。结果表明：燃料气和氧化气在同向进气的情况下较反向进气的温度场分布、电流密度更为均匀；加快燃料气进口速度或提高燃料气中氢气质量分数，虽然提高平均电流密度，但是最高最低温度之差也随之增加，即温度梯度变化明显，因此会引起系统热应力的增加。     

全钒液流电池热动力学建模及换热效率分析

VRB系统在实际应用中为了更好地控制温度,需要安装强制冷却装置如换热器,但现有研究集中在无附加设备的独立VRB系统的动态热建模,带有换热器VRB系统的热力学并未得到充分研究。运用热力学理论,依据钒电池的热力学属性,通过Matlab/Simulink搭建VRB电堆热力学模型;将传热单元数(NTU)、功率、冷热流体的实际温度与传热有效度建立函数关系,分析了换热器在一定的换热系数条件下换热器效率的最优值,从而实现对电堆温度更好地控制,为电堆的实际运用提供了理论参考。     

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。     

PEMFC不同冷起动方法的仿真研究

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷起动的瞬态集总参数模型,并在Matlab/Simulink平台上建立了相应的仿真模型.采用不同的加热方法使电堆达到冷起动的要求,并对电堆的冷起动特性进行仿真分析,得到电堆不同加热方法的内部温度分布规律,为确定电堆冷起动的方案提供理论依据.     

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。     

自由呼吸式质子交换膜燃料电池的研究--三维数值分析阴极流道结构对电池性能的影响

由于阴极气体通道中的自然对流和传热传质特性与电化学反应的耦合,阴极流道对自由呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能有着极大的影响。合理的流道设计有助于氧气质量传输和流道中水的合理分布,有效提高电池性能。根据自由呼吸式燃料电池的内部传输现象,建立了三维的流体传动,传热传质和电化学模型,基于计算流体力学(CFD)数值计算方法,利用商业CFD计算软件三维求解了Navier-stokes方程,同时利用用户自建的子程序对电化学模型及水的传输模型进行了求解,二者相互耦合。模型计算经过实验进行了验证。针对不同阴极流道开口率对实际电池性能的影响,计算了电池的内部参数。通过分析结果,提出了这种电池操作条件和设计下的最佳开口率。     

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。     

固体氧化物燃料电池的三维数值模拟

发展了一个用于固体氧化物燃料电池的三维数学模型,模型同时考虑了流体流动、热量传递、电荷传递、多组分传递和电化学动力学.研究的区域包括阳极和阴极的流道、扩散层和催化层,以及中间的电解质层在内的整个电池.采用统一的数学方程描述整个区域的传递现象,而用不同的源项和相应的物性参数反映不同性质的层.通过计算流体动力学(CFD)技术求解传递方程组,并耦合电化学动力学方程,获得了电池内的流动、温度、压力、反应物组分浓度等分布,并将模拟得到的极化性能与文献中的实验数据进行了比较,结果表明两者符合得较好.     

PEMFC电堆内部水结冰、融化及冷启动过程的研究

为了研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆在冰点(273 K)下快速、低损坏的冷启动,建立了一个包含40片单池的二维动态堆模型,用于估计电池堆内每片单池内水的结冰/融化时间,并利用获取的液相/固相分界线分析各单池的差异性。在环境温度为260 K时,仿真模拟了电堆的结冰/融化过程并得到以下结论:(1)关机后,电堆外层单池先结冰且每片单池结冰耗时相等,但外层单池开始结冰的时间间隔较内层单池间的开始结冰时间间隔长,最里层几片单池几乎同时结冰;(2)开机前,加载热源加热质子交换膜,若内部残留水结冰则电堆的升温时间比没有残留水的升温时间要长,残留水影响电堆的冷启动过程。