PEMFC电源系统的开发与应用

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为第四代发电技术的典范，具有高效和环境友好两大突出优点．受到世界各国政府的极大天注和各大公司的青睐．被广泛认为是较有实力与传统内燃机竞争的替代动力源。文章介绍了质子交换膜燃料电池的工作机理、系统组成及其在电源方面的应用现状．同时提出质子交换膜燃料电池在发展及商业化等方面所面临的问题。     

质子交换膜燃料电池应用现状及分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前应用最广泛的燃料电池,但是受限于其性能、寿命及成本,尚未实现商业化。本文综述了PEMFC的发展现状及其性能、寿命以及成本方面的优劣,分析了PEMFC在便携式电源、移动式电源及固定式发电等领域的应用现状及存在的问题。针对我国目前的氢能设施和经济发展现状,PEMFC在固定式发电领域的应用或成为商业化的突破点,特别是作为备用电源应用于移动通信、数据中心等场合。     

质子交换膜燃料电池发电系统建模与分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统进行动态建模和分析,模型包括质子交换膜燃料电池,供气系统和直流-直流(DC-DC)变换器等部分。首先建立用于预测燃料电池电化学特性和反应气体压力特性的集中参数动态模型,同时给出了供气系统和DC-DC转换器的动态模型,也给出了比例积分型DC-DC变换控制器的设计方法。然后仿真和分析了PEMFC发电系统对快速变化负载的动态响应。采用Matlab-SIMULINK软件对5kW的PEMFC发电系统进行仿真。仿真结果表明系统模型结构简单,计算量小;PEMFC发电系统能够满足快速负载功率需求,满足不同负载的使用要求。     

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的研究开发及应用新进展

介绍了国内外研究质子交换膜燃料电池的整体现状及水平 ,从电催化剂、膜电极及其制备工艺、质子交换膜以及双极板等几个方面 ,综述了质子交换膜燃料电池在材料及部件方面取得的成绩及研究现状 ,概述了质子交换膜燃料电池目前在电动车、船舶、移动电源等方面的应用情况。提出了我国质子交换膜燃料电池的发展方向     

质子交换膜燃料电池系统运行特性

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、零污染的发电技术,能够将氢气的化学能通过电化学反应直接转化为电能,在家用热电联产、备用电源、新能源汽车等领域具有广阔的应用前景。电池堆是PEMFC系统的核心部件,系统结构及集成工艺对燃料电池堆性能影响显著。本文针对PEMFC系统结构、气路子系统、增湿子系统、热管理子系统、控制子系统分别进行了阐述,并实验测试了自消耗情况以及系统启动温度、系统稳定运行温度等因素变化时电池堆的电流-电压曲线,获得了PEMFC性能变化规律。实验结果表明:PEMFC系统的启动温度和稳定运行温度对电池性能有较为显著的影响,当系统启动温度约为25℃、稳定运行温度为50~60℃时,电池堆性能达到最优值。该结论可为优化质子交换膜燃料电池堆性能、提高电池系统运行稳定性提供依据。     

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。     

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。     

PEMFC分布式发电的适用性仿真分析

为了解质子交换膜燃料电池(PEMFC)应用于分布式发电的适用性,获取对其发展和建设具有参考价值和指导意义的结论,在现有的建模方程基础上,采用经过改进的等效电路,模拟对有限区域独立供电时可能发生的用电需求变化情况,进行了质子交换膜燃料电池分布式发电系统的仿真实验。从仿真中观察到的电流、电压及系统输出功率变化情况表明,采用质子交换膜燃料电池分布式发电系统时,应当根据供电区域的用电需求设置系统在适当的输出功率范围内运行,以获得稳定而良好的供电质量,提高系统的使用率。     

燃料电池混合电动车中低温热能发电系统

质子交换膜燃料电池(PEMFC)通常在为电动车提供电力的同时,也要产生相当数量的废热(约40%～60%)。为了提高质子交换膜燃料电池混合电动车的能量利用率,提出了将温差发电机作为PEMFC的废热回收装置,使其能利用PEMFC低品位的热能进行二次发电并用于锂电池的在线充电。通过对该热电联供系统的热力学分析,得出了温差电池在PEMFC不同运行温度下的发电功率。试验结果显示,此系统可以在提高能量综合利用率的同时,降低对车载锂电池尺寸的设计要求。     

质子交换膜燃料电池容错控制方法综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为一种高效、环保的能量转换装置,具有广阔的工业应用前景。然而,多辅助系统和运行时涉及多物理场耦合现象的特征,使PEMFC易发生水管理、热管理、反应物饥饿等各类故障,且故障难以控制。为及时有效地消除故障并稳定输出性能、提高耐久性,拥有实时在线特征及诊断精度高等优点的容错控制方法被应用于优化PEMFC的运行。容错控制分为故障诊断和控制重构两部分。该文对基于模型和基于非模型的故障诊断方法进行综述,并总结了各自的优缺点。随后,从结构框图角度介绍控制器调节模块以及决策模块的功能和必要性,并综述了现有研究中容错控制在PEMFC的应用。最后,总结了PEMFC领域现有研究需做出的改进以及容错控制的发展前景。     

燃料电池的氢源技术--乙醇重整制氢研究进展

对燃料电池的氢源技术之一--乙醇重整制氢的相关研究进行了综述.首先,对乙醇重整制氢在燃料电池氢源中所处的地位和占有的优势进行了分析,总结了乙醇重整制氢的反应机理,系统地归纳了国内外对乙醇重整制氢催化剂、乙醇氢分离膜及相关材料的研究进展,并对目前两种乙醇重整质子交换膜燃料电池系统的研究进行了对比分析.同时,对乙醇重整燃料电池系统存在的问题进行了初步探讨,展望了乙醇燃料电池的发展前景.     

Current status and challenges in PEMFC stacks, systems and commercialization

Polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs)operate atlowtemperatures(60~80℃),offer a fast start-up and shut downti me(few minutes),fast response to changing electric loads,andcan sustain unli mited thermal cycles·They are ideally suited fortransport…     

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。     

小功率PEM燃料电池系统及应用进展

介绍了小功率质子交换膜燃料电池系统主要组成部分的特点、现状和功能;分析了小功率质子交换膜燃料电池系统与同类大功率电池的不同特点以及需解决的几个关键问题;介绍了发达国家(如美国、日本、德国)小功率质子交换膜燃料电池系统的应用情况。     

PEMFC分布式发电在地下工程中的应用研究

本文提出在现有地下工程中,采用PEMFC发电机取代柴油电站,构成一个没有排烟、不需伪装的清洁高效电源作为备用电源势在必行.概述了PEMFC发电系统,并指出PEMFC分布式发电为最佳选择,分析了应用PEMFC分布式发电须要考虑的问题,最后以某工程为例对PEMFC分布式发电规划进行探讨.     

质子交换膜型燃料电池(PEMFC)——国内外状况与主要技术问题

简述了国外质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）的发展简史、取得的重要技术进展、电池性能。介绍了加拿大５ｋＷ、１０ｋＷ电池组的性能及ＰＥＭＦＣ在应用方面取得的进展，在潜艇、电动汽车方面应用的可行性与研究情况。简单介绍了国内ＰＥＭＦＣ的研究及单电池性能。依据石棉膜型氢氧燃料电池（ＡＦＣ）组研究基础，预测了ＰＥＭＦＣ电池组试制进程。最后简单介绍了发展ＰＥＭＦＣ电池应重点解决的技术问题     

质子交换膜燃料电池的开发和应用

简述了质子交换膜燃料电池的发展历史、工作原理、商业应用进展和与其它燃料电池性能的对比。质子交换膜燃料电池是最具商业前景的电动车电源,目前急需解决成本高和车载燃料和贮氢等技术问题。近10年内,该电池有望取得实质性进展。     

便携式PEMFC移动电源系统的设计与研究

针对便携式通信电源的实际需要,结合小型燃料电池发电系统的技术发展,提出了小型化、轻便化、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)移动电源系统的总体设计方案。设计中,采用常压空气作为氧化剂,采用固态可逆金属储氢器来存储、供应氢气,限定氢气的流速与压力稳定在最佳工况值;利用散热风扇、外加散热片和小型增湿器来调节电池堆内部的温、湿度;采用大电容续流、直流斩波加脉宽调制的方式来实现稳压输出;采用以单片机为核心的控制单元来实现系统各单元的协调控制。最后研制了实验型样机,通过对其单项性能和实际负载能力的测试,发现其供电平稳,可靠性较高,达到了预期的设计目标。