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.     

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。     

PEMFC在不同电流密度下的冷起动特性仿真

建立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.设定温度为-20℃,假设电堆内部没有冷却液或残存的冰,对电堆进行了起动和不起动仿真分析.在-20℃时,在短时间内以1.0 K/cm2的电流密度加热和起动电堆,都是有效的冷起动方法.     

质子交换膜燃料电池模型研究进展Ⅰ.膜的模型、电极的模型和经验模型

数学模型是分析和优化燃料电池性能的有效工具,质子交换膜燃料电池的模型研究是其技术发展和创新中必不可少的重要工作。对质子交换膜燃料电池模型的研究情况进行了综述,分别介绍和分析了描述质子交换膜的模型,描述电池电极的模型和描述电池性能的经验模型,最后提出了在上述模型研究中须要解决的一些问题。     

阳极出口端封闭式质子交换膜燃料电池现状

与阳极出口开放式质子交换膜燃料电池比较,阳极出口端封闭的质子交换膜燃料电池具有氢气反应完全,系统不需额外辅助设备等优点。因此对质子交换膜燃料电池工作原理和结构以及阳极出口封闭式燃料电池的特点进行了简要的阐述,重点对阳极出口端封闭式质子交换膜燃料电池的实验研究及模型研究现状进行较深入的分析和总结。     

基于恒电压模式PEMFC冷起动性能研究

对质子交换膜燃料电池冷起动系统进行实验研究,分别测试了电堆初始温度、起动电压、吹扫时间等多种因素对电堆冷起动性能的影响。实验结果表明:电堆初始温度越低,电堆起动越困难;在一定电压范围内,电堆电压越低,冷起动性能越好;吹扫时间的长短对电堆冷起动性能影响较大;冷起动过程中,电堆内单电池电压呈现非均匀变化。     

燃料电池质子交换膜研究现状与展望

质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一，研究方向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。作为质子交换膜燃料电池的核心部件，质子交换膜性能的好坏直接影响燃料电池的性能与寿命。文中首先概述了燃料电池质子交换膜的工作原理。随后，总结了燃料电池质子交换膜的分类，主要分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化聚合物质子交换膜四大类，同时还简述了质子交换膜的制备工艺。最后，介绍了燃料电池质子交换膜的优化方案，主要包括有机/无机纳米复合质子交换膜、改进质子交换膜的骨架材料、调整质子交换膜的内部结构、机械增强型质子交换膜以及自增湿型质子交换膜。     

基于DHP方法的PEM燃料电池优化控制器设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统具有明显的非线性和时变的特质,因此质子交换膜燃料电池的建模和优化控制问题是研究的重点。通过建立单体质子交换膜燃料电池的近似线性动态模型,并在此模型基础上,设计了基于双启发式动态规划(DHP)的质子交换膜燃料电池神经网络优化控制器。仿真结果表明,此近似线性模型有效地简化了非线性和时变的特质,在此模型基础上所设计的神经网络控制器具有更好的控制效果和控制精度。     

电动自行车用燃料电池的产业化之路

针对电动自行车用质子交换膜燃料电池的现状,分析了小功率质子交换膜燃料电池的应用领域和产业化进程,提出了需要对质子交换膜燃料电池的产业化技术进行重点研究,对质子交换膜燃料电池的产业化有重要参考价值。     

车用质子交换膜燃料电池低温起动研究进展

燃料电池系统不能在零摄氏度以下的环境中正常起动是阻碍燃料电池汽车商业化的主要障碍之一。对国内外质子交换膜燃料电池低温起动的研究进展做了概括。介绍了低温环境对燃料电池的使用以及对零部件和膜电极(MEA)的影响。介绍了燃料电池低温起动仿真研究使用的主要物理模型。对已经获得专利的燃料电池低温起动策略和方法做了分类,并比较了不同起动策略的优点和缺点。提出了未来燃料电池低温起动研究的方向和重点。     

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。     

基于三维非稳态PEMFC模型的冷启动仿真

建立了一种PEMFC三维非稳态单相数学模型.针对PEMFC阴极通入热空气这一辅助冷启动过程进行仿真研究,研究了通入电池阴极热空气温度和流量的变化对电池辅助冷启动过程的影响,为优化PEMFC阴极通入热空气的辅助启动策略提供理论依据.     

燃料电池输出功率的预测控制

在所有类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池因具有质量轻、效率高、电流密度大、工作温度低、启动速度快以及使用无毒性的固态电解质膜等优点近年来发展最快。针对这种燃料电池的输出功率,首先提出了一阶滞后数学模型,而后给出一种预测控制算法,并讨论了控制器参数的设计,该算法改善了燃料电池的输出特性。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

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.     

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。     

单电源燃料电池电动车的设计与控制研究

采用质子交换膜燃料电池(PEM FC)与人力相结合的动力系统,设计出一种仅由PEM FC供电的电动车。该系统针对PEM FC在电动车启动、爬坡时输出功率不能很好满足车辆要求的特性,采用人力补偿及合理的控制策略使PEM FC在高效率下运行,克服PEM FC作为独立电源供电的不足。理论分析和实物运行结果表明,该系统具有较高的能量效率和良好的运行稳定性。     

质子交换膜燃料电池热管理研究

论述了质子交换膜燃料电池的热管理对电池性能的影响及其重要性,指出了质子交换膜燃料电池热管理的设计要求,分析比较了目前燃料电池几种常用的冷却方式,介绍了燃料电池考虑温度的CFD模型及温度仿真控制模型.     

燃料电池冰点以下低温特性研究现状

在冰点温度以下的启动问题是制约质子交换膜燃料电池产业化的技术瓶颈之一.从冷启动行为与性能衰减和恢复、低温下膜中水形态、催化层电化学性能损失、扩散层、微孔层、电极孔结构破坏等方面评述了低温操作和冷启动对燃料电池电极材料、膜电极组件和电池组性能的负面影响,并对燃料电池的冷启动解决方案和防冻措施进行了分析与评价.     

Modeling and testing of a 1.2‐kW Nexa fuel cell using bond graph methodology

Confronted by the energy and environmental challenges, fuel cells raise a lot of hope. Fuel cells are expected to be an important power source in the future, and the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is one of the potential candidates, being highly suitable for certain applications. The electrochemical components, especially a fuel cell, are naturally multidisciplinary components rather well adapted to this approach: chemistry, electrochemistry, thermal and electrical engineering are involved. We propose a PEMFC model using the bond graph method. This model takes into account the different physicochemical phenomena in a fuel cell. The modeling of the activation layer (AL) and gas diffusion layer (GDL) of the cathode side is highlighted. This model is then validated by an experimental work where we have used a 1.2‐kW power PEMFC of the Nexa type from Ballard. The static characteristics of the fuel cell obtained by simulation are in good agreement with those of experiments and also from the literature. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.