基于系统辨识的PEMFC温度非线性建模与预测

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)等一类具有严重非线性的复杂被控对象，提出一种基于模糊模型的模糊预测算法，并对PEMFC系统进行建模。在建模过程中，采用离线学习和在线修正辨识出对象的模糊模型。其中，模型的参数通过模糊聚类初始化和离线反向传播算法进行学习，必要时可通过在线调整后件参数，以使得模型的预测精度能满足实时控制的需要。仿真和实验结果表明了该模糊辨识建模方法具有建模简单、模型精度高等优点，亦证明了该算法的有效性和优越性。     

流场尺寸对PEMFC性能影响

基于COMSOL Multiphysics仿真软件对质子交换膜燃料电池的阴极流场进行了仿真研究,通过对压力、速度、氧气浓度与电流密度等参数的研究来比较多通道蛇形流场的尺寸对质子交换膜燃料电池的性能影响。指导质子交换膜燃料电池流场设计。     

PEMFC性能研究与仿真

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)具有能量转换效率高、相对于传统发动机振动低和噪声低及使用可靠等优点,逐渐成为研究的重点。燃料电池的系统建模需要掌握电学、电化学、热力学、流体力学等知识,提高了系统研究的门槛和复杂度。为了研究质子交换膜燃料电池系统特性,借助AMESIM建立一种燃料电池模型,在此基础上,分析燃料电池的电学特性。发现质子交换膜的厚度、气体扩散层和空气流速对电池性能有影响。     

基于模糊预测控制的燃料电池温度控制系统的研究

PEMFC的温度控制系统表现为多输入多输出、耦合、时滞、时变性、非线性、不确定性、信息量少等特点,采用传统的控制方法通常不能得到比较好的控制效果。因此,文章从控制和建模的角度出发,选择了一种基于模糊模型的预测控制算法对PEMFC的温度进行控制,并且通过仿真试验得出了比较满意的控制效果。     

基于对向传播神经网络的齿轮箱故障诊断研究

介绍了CPN网络的原理、算法,利用神经网络具有任意逼近非线性函数的能力,建立了齿轮箱故障征兆与故障原因的对向传播神经网络模型。并用CPN网络对齿轮箱机械传动系统的故障进行了诊断。实例结果表明,该方法能够准确地诊断齿轮箱故障,同时具有训练速度快、结构简单、精度高等特点,是一种行之有效的诊断方法。     

基于对向传播神经网络的齿轮箱故障诊断的深入研究

介绍了CPN网络的原理、算法,并用CPN网络对齿轮箱机械传动系统的故障进行了诊断.实例结果表明:该方法能够准确地诊断齿轮箱故障,同时具有训练速度快、结构简单、精度高等特点,是一种行之有效的诊断方法.     

锁紧螺栓数目及位置对PEMFC双极板变形影响

质子交换膜燃料电池的组装设计及方法对电池性能的优劣,有着非常重要的影响。燃料电池在组装时,由于受到螺栓锁紧时外力的作用,各组件之间容易产生变形。针对锁紧螺栓个数及位置,采用有限元ANSYS/WORKBENCH分析软件建立单质子交换膜燃料电池模型,对螺栓锁紧所造成的双极板内部位移变化情况进行数值模拟,获得双极板沿给定路径的位移变形分布和翘曲度情况,对比分析了锁紧螺栓数目及位置对双极板翘曲变形的影响,得出了最佳锁紧螺栓个数及位置,并提出了一种能提高质子交换膜燃料电池性能的封装方案。     

基于对向传播神经网络的齿轮箱故障诊断研究

介绍了CPN网络的原理、算法,并用CPN网络对齿轮箱机械传动系统的故障进行诊断。实例结果表明：该方法能够准确地诊断齿轮箱故障,具有训练速度快、结构简单、精度高等特点,是一种行之有效的诊断方法。     

PEMFC系统数据采集性能研究

介绍了质子交换膜燃料电池系统的基本组成原理,重点设计了用于质子交换膜燃料电池的数据采集单元.该单元由基于AVR单片机的硬件模块和基于LabVIEW图形化编程系统的软件模块组成.对四种测温装置进行对比测试,对实验结果进行了直线拟合,进而进行相关分析和回归分析.实验显示,该模块采集的温度值与其它三种测温手段相比存在显著的正线性相关关系.利用压力传感器理论值,对压力采集通道进行了线性化分析,误差不超过0.7KPa.结果表明,该模块完全可以满足PEMFC系统对数据采集的要求.     

基于磁场的质子交换膜燃料电池故障诊断方法

故障诊断作为解决质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）的安全和寿命问题的重要途径之一,备受研究人员关注。然而在当前PEMFC诊断中,对其早期故障诊断的研究较少,而在亟需早期故障诊断以便及时进行维护控制的PEMFC应用领域,如燃料电池汽车等,在故障发生早期对其进行精确诊断极其重要。该文针对现有PEMFC早期故障诊断方法匮乏问题,提出一种基于磁场的PEMFC故障诊断方法。首先建立PEMFC三维仿真模型,研究燃料电池性能变化与其外部磁场间关联机制,在此基础上搭建燃料电池磁场检测系统,并构建卷积神经网络（Convolutional neural network,CNN）对采集的磁场数据进行分析,验证其在包括水淹、膜干等不同PEMFC故障中的早期诊断效果。结果表明,采用基于磁场数据和卷积神经网络的故障诊断方法,可实现燃料电池不同程度、不同类型故障的在线识别和早期诊断。研究结果验证了磁场数据用于PEMFC故障诊断的可行性,对促进PEMFC故障诊断方法进一步发展、提升PEMFC系统可靠性和耐久性具有重要意义。     

车用质子交换膜燃料电池动态建模与仿真分析

基于质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作机理的分析,考察工作过程中影响其输出特性的5个主要因素（包括理想电动势、欧姆极化电压、活化极化电压、浓度差极化电压和辅助系统电压）,建立了PEMFC的动态数学模型,利用Matlab/Simulink仿真平台对该模型进行了仿真,结果表明,模型输出能有效反映PEMFC的电压输出特性,为PEMFC控制系统的开发奠定了基础。     

车用质子交换膜燃料电池仿真技术路线

质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型,可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源,是当前新能源领域的研究热点。主要针对车用质子交换膜燃料电池的三种仿真参数模型就当前国内外研究进展进行论述。     

质子交换膜燃料电池密封系统热力耦合仿真研究

温度影响质子交换膜燃料电池（PEMFC）的密封性能和力学行为,因而影响其使用寿命和可靠性。为研究PEMFC在热力耦合下的密封性能和力学行为,建立PEMFC单电池和多电池结构的二维模型,研究密封系统在不同工作温度下的应力-应变分布,讨论橡胶密封圈压缩比、双极板错位和密封垫尺寸对PEMFC密封性能和力学性能的影响。结果表明：温度对密封圈的Mises应力和膜电极组件（MEA）框架接触压力有很大影响;在不同工作温度下单电池和多电池结构的密封性能相似,应力和接触压力分布差别也不大,因此单电池结构的研究结论可以推广到多电池结构;随着橡胶密封圈压缩比和密封圈尺寸的增加,燃料电池密封性能得到改善;而双极板错位会加剧MEA框架的变形;高应力区出现在橡胶密封圈的横截面内部,容易导致局部应力集中和密封失效。     

燃料电池发动机水热管理仿真分析综述

质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型,可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源,是当前新能源领域的研究热点.主要针对质子交换膜燃料电池不同维度的水热管理仿真模型的研究现状进行了论述.     

质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱弛豫时间分布研究

电化学阻抗谱技术能够获取燃料电池不同频率阻抗,但对阻抗的构成缺乏进一步解析,难以直接构建精准的等效电路模型进行阻抗拟合分析,而弛豫时间分布(Distribution of relaxation time, DRT)方法不需要定义特定的等效电路模型,即可解析燃料电池不同时间常数的极化过程。针对实验室用质子交换膜燃料电池,在不同运行条件下对其进行阻抗谱测量,并通过Kramers-Kronig关系验证所记录阻抗数据的质量。基于DRT分析方法,系统地解释阻抗谱中各频段阻抗对应的物理或化学意义。研究表明,该电池的电化学阻抗谱主要由3个不同时间常数频段的极化阻抗构成,通过与运行条件相关性的系统分析,确定低频段阻抗为氧气在多孔介质中的传输阻碍,中频段阻抗为与氧还原反应有关的电荷传递阻碍,中高频段阻抗为阴极催化剂层中的质子传输阻碍。为进一步确定DRT分析结果的合理性,采用等效电路模型拟合测量的阻抗数据,辨识的电阻元件参数变化趋势与DRT分析结果一致。     

[绿色设计]面向2020年的质子交换膜燃料电池汽车生命周期评价及预测

运用GaBi软件建模,以我国燃料电池技术2020年发展目标为基础,结合美国能源部2020年燃料电池汽车技术计划,对2020年我国燃料电池汽车的全生命周期节能减排绩效进行定量评价计算和预测分析。结果表明：2020年我国每台燃料电池汽车全生命周期平均矿产资源消耗量EADP(e)、化石能源消耗量FADP(f)和温室气体排放量QGWP分别为0.609 kg（锑当量）、3.99×105 MJ以及2.99×104 kg（CO2当量）。从其全生命周期来看,EADP(e)、FADP(f)与原材料获取阶段贵金属铂的生产、制氢技术以及燃料电池的效率有关,QGWP则主要来源于制氢过程中消耗的化石燃料和电能。降低燃料电池汽车对资源环境影响的有效措施有：加快研发关键材料及金属铂的高效回收策略,从而不断降低贵金属的消耗量;改进制氢技术,由化石能源主导变为可再生清洁能源主导;逐步优化电力结构,有效降低氢气压缩过程中的煤电消耗量等。     

国产质子交换膜燃料电池关键材料及部件的电池组性能

基于质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)技术的实际应用要求,针对其国产关键材料和部件(包括电催化剂、质子交换膜、炭纸、双极板)进行性能表征、电池组制造工艺开发和电池组应用性能研究,结果表明:国产炭纸、复合质子交换膜、复合催化剂以及薄型不锈钢双极板无论是在基本性能还是在电池组应用方面都达到了国外同类产品的水平,能够满足车用燃料电池发动机的要求。目前,复合质子交换膜产品已实现批量生产,炭纸和复合催化剂已具备批量制造能力,薄型不锈钢双极板的批量制造工艺和设备已进入开发阶段,采用这些国产材料和部件组装的PEMFC车用发动机正在进行实际应用考核。初步预计:通过这些国产关键材料和部件的应用,可以将PEMFC的材料成本降低50%以上,同时还可以大幅度提高电池性能,为推进我国燃料电池产品的实际应用奠定基础。