空冷型PEMFC的动态建模仿真及验证

为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作特性,采用Simulink软件建立了PEMFC的电化学动态模型及传热动态模型,将模型仿真计算得到的数据与实验室空冷型PEMFC的实验数据进行对比。通过对比模型与实验电池的输出电压及电堆工作温度数据发现误差都在2%以内,模型具有良好的适用性。在该模型的基础上探究了阳极氢气压力、膜含水量以及质子膜厚度等因素对PEMFC输出性能的影响,根据仿真结果表明:提高氢气压力、增大膜含水量和在一定范围内减小质子膜厚度都能提升电堆的输出性能。     

质子交换膜燃料电池系统故障机理分析及诊断方法研究综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)以其高效无污染等特性在发电、交通运载以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而可靠性和耐久性不足等问题已成为技术瓶颈,亟需探究高效的系统故障诊断方法。该文在介绍质子交换膜燃料电池系统构成及典型故障产生机理的基础上,综述了基于模型方法、数据驱动方法、实验测试方法、融合方法等质子交换膜燃料电池系统的故障诊断方法研究进展,对各种方法进行了分析比对,并对在线诊断技术进行总结分析,最后提出质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法发展趋势及展望,以期为其后续研究及快速商业化应用提供参考。     

质子交换膜燃料电池输出电压稳定控制技术

针对现今质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)输出电压不稳定、发电效率低下等问题,提出一种对质子交换膜燃料电池输出电压稳定性进行控制的方法。通过PEMFC的热力学电动势、欧姆过电压、总极化电压等相关参数对PEMFC动态模型进行控制,采用模糊比例-积分-导数PID(proportional integral derivative)方法设计PEMFC输出电压模糊PID控制系统。根据梯形函数调整期望输出电压,由氢气流速控制燃料电池的输出电压,实现质子交换膜燃料电池输出电压的稳定控制。通过仿真实验验证控制技术的有效性,结果表明所提方法可有效降低PEMFC电压振荡幅度,使PEMFC电压达到稳定状态,处理时间仅为4 s,说明电池电压稳定控制技术具有高效可靠性。     

无机-有机复合质子交换膜研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件之一,它的发展对PEMFC的工业化进程具有十分重要的意义。无机-有机复合质子交换膜是质子交换膜发展的新方向。论文综述了共混法、溶胶-凝胶法、表面修饰法、原位聚合法、穿插法等制备无机-有机复合质子交换膜的方法,并对无机-有机复合膜未来的发展方向进行了展望。     

PEMFC低温起动研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有环境友好、效率高和室温可快速起动等优点,被认为是汽车的首选动力源。分别对PEMFC的质子交换膜、催化层、扩散层、低温扫气及其建模的低温研究现状进行了详述,并提出了今后质子交换膜燃料电池低温起动研究的方向和重点。     

基于LS-SVM辨识的PEMFC动态建模及仿真

为便于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的动态仿真和控制方案的设计,试图绕开PEMFC的内部复杂性,基于最小二乘支持向量机(LS-SVM),在质子交换膜100%增湿情况下,建立PEMFC输出电压与温度特性的动态模型。模型以负载电流为输入,以PEMFC电堆的输出电压与温度为输出。通过MATLAB仿真对所建LS-SVM辨识模型的有效性和精度进行检验。与电流发生阶跃变化时PEMFC的输出电压和温度实验数据相比,该LS-SVM辨识模型具有较高的建模精度。     

蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟

为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径。基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料电池三维全流场稳态模型,在COMSOL中利用该模型对蛇形流场PEMFC进行了数值模拟和分析。模拟结果得出了在工作电压为0.7 V的条件下,蛇形流场的流型以及质子交换膜的电导率对PEMFC输出性能的影响。分析表明三蛇形流场的性能优于单蛇形流场;随着质子交换膜电导率的增大,膜内传质得以改善,可以降低传质过程中的电阻损耗,提高燃料电池的性能。模拟结果对于改善PEMFC整体性能有着重要的指导意义。     

质子交换膜中质子传递机理研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组成部分,质子交换膜的电导率与质子传递特性密切相关。分别对水分子和其他非水载体如杂环化合物等参与的质子传递机理的研究进展进行了综述,并介绍了新的实验测试方法以及分子模拟技术在质子传递机理研究中的应用。     

PEM燃料电池流量及功率系统的建模

数学模型是理解和分析燃料电池性能的有效工具,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的建模是该技术发展和研究中的一个极为重要的问题。将结合已有的PEMFC建模方面的成果和本实验室PEMFC实验台的实验数据给出一种质子交换膜燃料电池系统的动态模型。该模型能够描述电堆电压、反应物流量以及反应物空间压力的瞬态响应过程。我们利用Matlab的SIMULINK对模型进行仿真,给出了负载电流以及反应物流量控制器给定电压阶跃变化时系统的瞬态响应,并对仿真结果和实验台实际运行数据进行了分析和比较。结果显示具有较好的一致性,证明此模型是PEMFC的实时控制系统以及最优化设计的一个有力工具。     

质子交换膜燃料电池数学模型的现状与发展

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)至今已有的各种数学模型。根据PEMFC的组成结构、工作原理进行了模型分类。重点以PEMFC的组成结构分类法,分析了各组成元件、单电池及电堆数学模型的建模方法、模型特点及模型研究结果。分析结果表明:质子交换膜燃料电池数学模型应在其实用性、简单化和更真实反映电池动态工作过程等方面做进一步的研究。     

10kW PEMFC动态系统建模与控制

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态系统为研究对象。首先将质子交换膜燃料电池划分为氢气动态模型、空气动态模型、电化学电压模型和温度动态模型四部分建模;其次根据系统运行要求设计控制策略:氧气化学计量比前馈控制,阴极和阳极压力差PID控制和温度滑模控制;最后应用所建立的模型和控制策略对10 kW质子交换膜燃料电池进行仿真运行分析,结果证明所设计的系统能模拟PEMFC动态系统运行。     

质子交换膜燃料电池故障诊断方法综述及展望

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)具有能量转化率高、环境友好、工作温度低和启动速度快等特点,但存在成本高、可靠性差和寿命短等问题,制约其大规模商业化应用。总结了国内外PEMFC故障诊断技术的现状,从模型、数据驱动和实验测试三个方面,归纳PEMFC故障诊断方法的分类;在现有诊断方法优缺点的基础上,提出可进一步研究的重点内容,对PEMFC故障预测与健康管理的研究具有一定参考价值。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

综述了燃料电池 (PEMFC)的关键技术———质子交换膜的最新研究进展 ,并介绍和分析了提高质子交换膜的高温质子传导性能的不同方法及特点。     

质子交换膜燃料电池的热模拟

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的热问题模拟现状,根据研究问题的需要,对模拟相关的模型进行了描述,并应用计算机模拟技术对质子交换膜燃料电池进行了热模拟。从热源、温度场在质子交换膜燃料电池内部的分布情况以及电池性能等方面进行了分析和讨论,得出了结论:热源、温度在质子交换膜电池内部分布的不均匀性和不同电流密度情况下膜电极组件的温差。电池性能曲线与试验结果进行了比较,模拟与试验结果基本吻合。     

PEMFC空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.     

高温质子交换膜燃料电池研究进展

温度是质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作的重要条件之一。根据研究,燃料电池的性能随着温度的提高而提升。由于受限于质子膜、催化剂等材料的特性,目前应用的PEMFC一般工作于低温环境(80℃以下),但国内外的某些研究机构很早以前就对高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)开始了研究。介绍了HT-PEMFC的优点以及世界范围内目前的研究进展,对HT-PEMFC的未来发展趋势进行了总结。     

便携式质子交换膜燃料电池系统集成研究

设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出的200W便携式质子交换膜燃料电池系统演示样机进行了一系列性能测试,包括氢气压力、尾气排放、风扇高度、氢气增湿以及系统热管理对便携式PEMFC系统性能的影响,发现了影响便携式PEMFC系统性能的关键问题,并提出了解决方案。     

PEM燃料电池的应用前景

概括了质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的优缺点以及目前国内外在备用电源、应急照明电源以及通讯指挥系统电源方面的应用研究状况;分析了PEMFC发电系统的组成和总体设计方案;探讨了PEMFC发电系统在军事方面的应用前景;认为质子交换膜燃料电池在军事应用中有很高的价值。     

质子交换膜燃料电池活化性能快速分析方法

活化可以进一步释放质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。为评估活化对PEMFC的影响,并确定最优的活化工艺参数,必须进行电化学测试,但步骤繁琐且耗时长。提出一种基于差分进化(DE)算法的PEMFC快速性能分析方法,利用DE算法对PEMFC不同活化节点的J-U数据进行分析,得到活化前后的性能信息,最后,通过电化学阻抗谱(EIS)验证所提分析方法的可行性。该方法能分析PEMFC的活化性能,且平均耗时不超过10 s。     

蛇形流场PEMFC的三维多物理场数值模拟

对质子交换膜燃料电池进行了三维多物理场建模。在多物理场建模的基础上,通过COMSOL Mutiphysics中的4种应用模式,利用电流平衡、质量传输方程和动量传递方程等去模拟PEMFC的膜电极(MEA)中阴极侧和交换膜上的工作状态,分析了膜电极阴极侧上的压力分布、气体质量分数分布、气体速度场分布以及电流密度分布等,为蛇形流场PEMFC提供了全面的性能分析和设计上的理论依据,最后通过设计上的改进,解决了该电池的水淹问题。