PEMFC电极孔隙率的优化研究

对质子交换膜燃料电池单体建立了三维稳态电化学模型,考察了气体扩散层孔隙率对电池性能的影响,验证了扩散层孔隙率及层厚的变化反映从气体通道到扩散层和催化剂层的反应气体扩散量,进而影响电化学反应的活跃程度;以膜与阴极催化剂层界面处获得的最大电压为目标函数,采用鲍威尔搜索法对气体扩散层孔隙率进行数值优化,得到了扩散层孔隙率和层厚的最优值。通过优化前后氧气浓度和电流密度的对比显示,这些参数可以显著改善电极的传质性能,使燃料电池获得最佳性能。     

基于改进鸡群优化算法的质子交换膜燃料电池模型参数辨识

针对当前大部分智能算法在求解质子交换膜燃料电池模型参数辨识问题时易陷入局部最优,导致参数辨识精度低、模型泛化能力差等问题,提出一种基于改进鸡群优化算法的质子交换膜燃料电池模型参数辨识方法。首先,引入Tent映射策略初始化种群,提高种群的均匀性和遍历性;其次,设计基于个体进食速度的自适应惯性权重,改善母鸡个体寻优效率,平衡算法的开发与探索能力;然后,利用Levy飞行策略的长短跳跃特点对小鸡位置进行随机更新,增强算法的全局最优搜索能力。最后,通过4组测试函数验证了该算法的优越性,并将算法应用于H-12电堆的参数辨识问题中。结果表明：相比于鲸鱼优化算法、花卉授粉算法等算法,该算法具有更高的参数辨识精度,所辨识出的模型具有更强的泛化能力。     

PEMFC温度的自动控制

本文分析了工作温度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行性能的影响,研究采用Nafion膜作为温度传感器来检测质子交换膜燃料电池的工作温度,运用闭环负反馈调节方案实现了质子交换膜燃料电池温度的自动控制,并对温度调节过渡过程的性能指标进行了分析和验证。     

不同流场结构对PEMFC性能影响的模拟研究

该文模拟常规矩形平行流场、正六边形平行流场和正六边形蜂窝状仿生学流场对质子交换膜燃料电池（PEMFC）性能的影响。通过对极化曲线、氧气和水分布、膜电流密度以及压降和寄生功率密度进行分析,结果表明：正六边形流场表现出良好的输出性能,且正六边形蜂窝状流场的电流密度比常规矩形平行流场和正六边形平行流场分别提升11.28%和4.95%。此外,常规矩形平行流场、正六边形平行流场和正六边形蜂窝状流场的氧气不均匀度分别为0.64、0.53和0.41,正六边形蜂窝状流场展现出更好的水和膜电流密度分布能力,进一步说明正六边形流场缓解了氧气、水和膜电流密度分布不均匀的问题。正六边形蜂窝状流场压降虽比常规矩形平行流场和正六边形平行流场分别增加40.0%和27.7%,有较高的寄生功率密度,但仍获得了最大的净输出功率密度。     

基于PEMFC分布式发电系统的动态特性分析

分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的机理模型,在此基础上运用MATLAB的Simulink仿真工具,建立了PEMFC发电系统带负载模型。通过仿真,分析了负载对PEMFC电堆的各项动态特性(燃料的流量、效率、输出电压等)的影响,以及DC/DC、负载端的电压响应。仿真结果中负载电压呈三相交流正弦波形,表明搭建的整个PEMFC发电系统是基本正确的,为实现PEMFC并网的实时分析和动态优化提供了理论依据和参考方法。     

基于BAS改进PSO算法对PEMFC温度的控制

有效的质子交换膜燃料电池（PEMFC）热管理是提升其可靠性和耐久性的关键因素之一,该文通过控制PWM占空比来控制散热强度进而控制电池温度。在控制策略上,选用经改进的粒子群算法优化的模糊PID作为控制器,最后经Matlab/Simulink搭建的电堆温度模型仿真表明：该方法能有效解决PEMFC温度控制时变量多、强耦合的难题,使相对于传统的PID控制超调量下降57%,响应时间缩短27.8%,取得了响应速度快、超调小和鲁棒性强的控制效果。     

基于光纤光栅传感器的PEMFC温度监测技术研究

为实现实时原位监测PEMFC的内部温度,利用光纤光栅传感技术,将光纤光栅传感器密封埋入PEMFC阴极流场板,同步在线测量不同工况条件下电池内部温度的变化。结果表明,光纤光栅传感器能实现对PEMFC的多点内温度场实时原位监测,随着电流密度阶跃的增大,PEMFC内部温度也呈现阶跃变化,且阴极大流量供气时有利于降低PEMFC内部的温度。该方法可为PEMFC内部状态参数的原位监测提供技术参考和实施方案。     

基于神经元的PEMFC仿生流道性能模拟研究

质子交换膜燃料电池的流道结构对反应气体的流动和压降等具有重要影响。受神经元结构启发,提出一种兼顾径向流道和仿生流道在压降和气体分布均匀性优点的新型仿生流道结构。通过COMSOL软件模拟研究该新型流道的分支数（2~9）对质子交换膜燃料电池的性能曲线、阴极氧浓度分布、水浓度分布及压降的影响。结果表明：增加流道分支数可提高质子交换膜燃料电池的输出性能,其中9分支流道的峰值功率密度最大,为0.32 W/cm²,相比于2分支流道增加了的146.15%;分支数的增加也会提高氧浓度分布的均匀性,阴极气体扩散层与催化层交界面处的平均氧浓度从0.44 mol/m³提高到1.42 mol/m³,氧气不均匀度从2.13降低至0.90;分支数的增加也明显改善了弧形流道内的水浓度分布。此外,随着流道分支数从2增加到9,流道压降从38.57 Pa递减至4.47 Pa,质子交换膜燃料电池的输出功率从0.40 W递增到1.56 W。     

质子交换膜燃料电池（PEMFC）发动机循环水管理模型

首先测试了北京飞驰绿能电池技术有限公司设计制造的18kWPEMFC电堆,得到了输出电流、电压、反应气体流量,加温温度、电池堆上循环水入口和出口温度,以及电堆尺寸、质量等一系列参数,为了优化循环水管理,建立了循环水管理物理模型。该模型仅依赖于电堆输入和输出等宏观参数,不必考虑诸如质子交换膜的水迁移系数和冷却板,双极板上流场结构等微观参数。该模型在优化循环水系统配置,简化控制系统参数等方面具有一定优势。模型分析指出,在该发动机散热机制中,可以忽略热辐射以及反应物质流入流出对电池堆温度影响,循环水散热量占97%,18kWPEMFC发动机对散热器部分有较高要求,现阶段尚缺少燃料电池专用设备,采用中档轿车用散热器在经济和技术上都比较合适,为了达到快速启动目的PEMFC电动汽车必须配备功率较大的二次电池,二次电池功率依启动时间而定。     

车用PEMFC直流道散热特性研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的散热对其性能有很大影响。文章利用Gambit软件建立带冷却通道的PEMFC模型,使用计算流体力学软件Fluent中的PEM模块进行数值模拟计算。通过改变冷却通道进口处冷却水的流速和温度,对质子交换膜内温度和冷却水出口处温度进行了分析。数据表明,冷却水的流速和温度对PEM内温度分布都有一定影响。为使PEMFC正常稳定工作,冷却水流速不宜过小、温度不宜过低。     

基于鹦鹉螺仿生结构的流道对PEMFC性能提升研究

提出一种基于鹦鹉螺旋转结构的仿生流道并建立三维单相、等温的CFD数值模型进行多物理场模拟研究,该流道进气口位于中心位置,反应气体从流场中心进入,向周围环形流道依次流动。将传统蛇形流道与鹦鹉螺仿生流道进行数值模拟分析,发现鹦鹉螺仿生流道具有反应气体分布更加均匀、除水效果更好、浓差极化损失较小、输出性能更好等优势,相比蛇形流道的峰值电流密度提升46.77%、峰值功率密度提升21.53%。     

质子交换膜燃料电池自增湿研究进展

概述了质子交换膜燃料电池自增湿研究状况，指出自增湿的出发点是有效利用电池阴极过程生成水。综述了薄电解质膜、新型自增湿膜、自增湿流场结构三种方法的研究进展及适用空间。对自增湿技术发展前景进行了探讨。     

小型PEMFC电源系统热设计实验研究

通过实验研究了利用燃料电池产生的废热以强制对流传热的方式给金属氢化物储氢器加热的可行性与具体的设计方案,与目前已报道的国内外便携式PEMFC系统相比,该方案无任何附属设备,使系统保持较高的整体效率,提高了金属氢化物储氢器的放氢性能.通过正交实验和实验数据的方差分析得知该方案在保证金属氢化物储氢器持续放氢的同时,对PEMFC无明显负面影响.     

基于混沌海鸥优化算法的含光伏发电系统负荷模型参数辨识

针对分布式光伏发电系统广泛接入配电网,导致电力系统潮流计算速度和精度较低的问题,提出一种基于混沌海鸥优化算法的含光伏发电系统负荷模型参数辨识模型。首先,在综合负荷模型的虚拟母线上接入等效光伏发电系统的负荷模型,从而建立配电网广义负荷模型;之后,提出一种将混沌优化与海鸥优化相结合的优化算法,基于该算法完成配电网的等值,并在此基础上进行含光伏发电的综合负荷模型参数辨识。最后,通过仿真表明该文提出的算法,相比于传统的粒子群算法和单一海鸥优化算法,在计算精度和收敛速度等方面具有优越性,并可应用于负荷模型的参数优化。     

基于Jaya-DA算法的太阳电池模型参数辨识

为提升太阳电池模型参数辨识的准确率,该文提出基于Jaya算法与蜻蜓算法相融合的辨识方法,运用Jaya算法进行初步全局搜索,并结合蜻蜓算法进行局部搜索最优解,使算法收敛精度得到有效提升.研究结果表明:运用Jaya-DA算法求得太阳电池模型的电流均方根误差为9.861×10-4,相较于单一使用Jaya算法、蜻蜓算法、人工蜂...     

不同衰退机理对PEMFC怠速工况性能衰退影响的模拟研究

分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)怠速工况衰退机理,确定怠速工况不同衰退机理对燃料电池模型参数的影响,采用所建立的PEMFC二维等温多物理场模型,仿真研究燃料电池在怠速工况衰退前后的性能及各种衰退因素对电压衰减量的贡献和内部反应气体分布变化.研究结果表明,阴极活化损失增大是怠速工况下最重要的衰退因素,其次是开路电压衰...     

质子交换膜燃料电池阳极内流动与传质特性模拟

针对直流道质子交换膜燃料电池阳极，建立二维稳态的数学模型研究流道和电极内的流动和传质特性。模型采用通用Darcy定律来描述多孔介质与非多孔介质区域的流体流动，可以模拟沿流动方向上的物质变化情况，并探讨进口速度、进口氢气质量分数和催化层厚度对质量传输的影响。结果表明：增大进口速度、增加进口氢气质量分数、降低催化层厚度有利于氢气的质量传递。