车用PEM燃料电池堆绝缘电阻的实验研究

电动汽车应用的燃料电池发动机,一般具有100～600V的直流电源电压。应当对其绝缘性能进行相应的试验研究及在线监测,确保符合电动汽车(EV)的电气安全要求。我们利用绝缘电阻在线监视仪在线测量燃料电池发动机中质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的绝缘电阻,研究各种条件下(如:燃料电池电流输出、操作温度等)燃料电池绝缘电阻的变化规律,为提高和改善电动汽车用燃料电池的绝缘性能提供参考。     

质子交换膜燃料电池的热源分析

根据伏安曲线分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电极热源项和能量损耗比例。研究了PEMFC的电极过程特性以及对电池能量转化效率和热源的影响。在标准状态下,电池以0.60 V的电压工作时,实际能量效率为40.5%。     

PEM燃料电池双极板流场结构研究进展

双极板在质子交换膜燃料电池中起着分配反应气体、导电、导热及使水、气安全顺利排出等功能,流场结构构成了双极板最主要的特征。综述了相关文献和专利,介绍了典型的燃料电池流场结构及基于此种流场的改进流场,并对新型流场做了介绍,为质子交换膜燃料电池流场的设计、性能的研究提供参考。     

基于循环工况的燃料电池堆电压一致性评价

基于车用动态循环工况,对车用燃料电池堆进行1044 h耐久性实验.基于实验数据,从电流和运行时间两个方面进行燃料电池堆电压一致性研究,发现电压一致性随电流的增加和运行时间的延长而变差.在此基础上,提出一种改进的单体电池电压一致性评价方法,指标包括:电压最大偏差率、单体电压波动率和单体电压异众比率.在改进的评价方法中,综...     

从专利角度分析质子交换膜燃料电池的动态特性

从专利角度分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态特性的研究进展,对国内外相关专利进行检索,分析全球范围的申请趋势、申请人分布、专利技术的类型分布及技术热点,为PEMFC动态特性的研究和中国申请人专利布局的实施提供参考。     

质子交换膜燃料电池局部电流研究

通过对分区测量法和局部膜电极法的比较,发现当加湿温度和电池温度不同时,分区测量法表现出随流道延长局部电流逐渐下降,而局部膜电极法中局部电流表现出较大的波动趋势。局部膜电极法更有利于研究局部电流的原因在于其能反映出反应气体的二相流性质,以及局部单元的水变化,而分区测量法仅表现出流道阻力,不能体现出气体的二相流及水变化过程。     

质子交换膜燃料电池控制系统的研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)控制系统,以工业控制计算机为核心,采用了数字比例积分微分(PID)计算机控制技术,通过质量流量控制器进行进气流量和尾气流量的控制,实现了稳定的双路协调的压力控制。并且,通过对循环水流速的控制,实现了稳定的电堆温度控制。此控制系统的气体压力值和电堆温度值可以任意设定在具体实验要求的某一数值。并且此系统的人机对话界面可以方便地实现控制状态的设定,可以进行实时的实验监控和数据存储以及数据查询。经实际应用证明,此控制系统控制稳定、实用性强,可应用于100～5 000 W的PEMFC发电系统的实验研究。     

质子交换膜燃料电池启停衰减的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性和寿命是制约其商业化发展的重要因素。车载燃料电池不可避免的要经历频繁启停的工况,因此,在启停过程中,电池的性能衰减问题更加突出。综述了近几年来,对启停循环中燃料电池性能衰减的研究,以及关于如何防止电池性能衰减的探讨,最后对如何有效地减少PEMFC的衰减提出了意见和建议。     

30 kW高比功率质子交换膜燃料电池堆研制

30 kW高功率密度质子交换膜燃料电池堆的研制工作主要包括:(1)建立测试大功率质子交换膜燃料电池单电池或电池堆的工作站;(2)大功率高比功率质子交换膜燃料电池堆的工程设计;(3)组装单电池 ,建立诊断、测试并改进质子交换膜-电极(三合一体)效能的技术;(4)组装30 kW电池堆,并建立诊断、测试、改进其效能的技术.神力公司研制成功的30 kW质子交换膜燃料电池堆比功率达到:720 W/L,708 W/kg.     

拔模角对质子交换膜燃料电池流场的影响

模铸法制备质子交换膜燃料电池双极板对于降低燃料电池的制造成本有着重要意义.而模铸过程中模具拔模角度的变化,会引起双极板上流道的截面形状的变化.为了研究拔模角对流场性能的影响,在燃料电池CFD模型和实验所得参数的基础上,对阳极与阴极分别采用单通道和四通道蛇形流场、拔模角从0°到30°条件下的50 cm2单电池的流场进行了模拟计算.研究发现,随着拔模角的增大,阳极与阴极侧流道总压降先下降后上升,气体扩散层漏流量和到达反应层气体浓度则一直增加.综合考虑,建议选择阳极和阴极侧拔模角分别为14°～25°和10°～18°.     

燃料电池热管理系统的动态仿真及控制

质子交换膜燃料电池(PEMFC)在常温启动阶段的电堆升温较慢,性能低效,且冷却液流量与散热空气流量的控制有耦合作用。针对常温启动升温较慢的问题,合理设计热管理系统,提高输出性能;针对冷却液流量与散热空气流量控制存在耦合关系,提出冷却液流量跟随热量控制,线性自抗扰控制空气流量的联合控制策略,实现水泵流量和散热空气流量控制的解耦。仿真结果表明,联合控制策略能够在100 s内将电堆温度从常温升到80℃,且冷却液出入堆温差稳定在5℃;面对输入扰动时,电堆温度的超调量仅为0.5%,且在50 s内电堆温度再次稳定在80℃,超调量仅为比例-积分-微分控制器(PID)的8.82%,响应速度提升50 s。该控制策略能较好地控制电堆温度及冷却液出入堆温差。     

质子交换膜燃料电池催化层设计与优化

催化层作为质子交换膜燃料电池进行电化学反应的重要场所,是膜电极的核心组成部分。叙述了催化层的组成及结构,并评述了近年来人们在催化层设计及优化方面取得的最新研究进展。     

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.     

质子交换膜燃料电池的0℃以下耐受性

车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)应具备环境适应性,但水-冰相变会影响膜电极组件(MEA).以-10℃及-20℃到正常操作温度的冰冻-解冻循环模拟实际工况,考察了水结冰对PEMFC性能的影响,结果表明:PEMFC的电化学活性表面积变小,扩散层的孔结构发生了变化,PEMFC的性能衰减.采用干燥N2吹扫、真空排水和RH=58.0%(25℃)的反应气吹扫等3种方法来避免水结冰的影响,发现经过冰冻-解冻循环后,PEMFC的性能均未下降.     

小型PEMFC发电系统的控制方法研究

通过分析影响小型PEMFC发电系统运行特性的各个关键因素,结合小型化、实用化的要求,探讨了一种简便、易于操作的控制方法。利用系统内部各热源的热交换结构设计、控制散热风扇转速来进行温度的调节;采用内、外增湿相结合的方案来实现电池堆内部的湿度管理;采用了两级减压、限流的操作压力与流速控制方案,以及定时排放的尾气控制方案。设计了以单片机为核心的控制电路及其软件,经测试收到了较为满意的控制效果。     

永磁同步电动机混合非奇异终端滑模变结构控制

为了进一步提高滑模控制系统的控制性能,提出了混合非奇异终端滑模控制（hybrid nonsingular terminal sliding mode,HNTSM）策略,该控制策略结合线性滑模与非奇异终端滑模（nonsingular terminal sliding mode,NTSM）的优点,提高了系统状态的收敛速度,实现了状态变量的全局快速收敛,并设计控制函数,解决了终端滑模的奇异性问题。应用该方法设计永磁同步电动机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）混合非奇异终端滑模速度控制器,并与PI调节器进行了仿真与实验对比。仿真和实验结果表明,该速度控制器能够有效地提高系统的静态、动态特性与鲁棒性。     

车用燃料电池水故障的在线诊断

质子交换膜燃料电池(PEMFC)易发生水淹、膜干等健康故障。合理的水故障诊断有助于对PEMFC内部的工作状态进行实时监测、预警并及时应对。基于气体压力降的水故障诊断方法搭建PEMFC水故障在线诊断测试平台;介绍气体压力降的理论计算方法;针对某款PEMFC堆进行阴、阳极气体压力降和电压的测试研究及分析。由于实验过程中PEMFC内部水量的变化,前1 000 s时,阴极气体压力降快速升高,阳极气体压力降缓慢升高,电压值快速下降;1 500 s后,阴、阳极气体压力降和电压值趋于稳定。该方法能实现PEMFC水故障的在线诊断。     

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。     

频繁启停对质子交换膜燃料电池堆性能的影响

以活性面积为330 cm2的电堆为研究对象,考察质子交换膜燃料电池(PEMFC)经历频繁启停操作后的性能衰减。反应气体的分布不均匀,会造成单片电池电压在氮气吹扫过程中下降速率不一致,甚至出现某一片或者几片电池出现反极的现象;PEMFC电堆在经历频繁的启停循环后,性能下降,且高电流密度区的电压衰减更快;随着启停循环的增多,性能的下降会变慢。当电流为100 A时,经历500次启停循环后,前200次启停循环的平均电压衰减速率为后300次衰减速率的3倍,而电堆中单片电池的均一性并未明显恶化。     

质子交换膜燃料电池凝水的研究进展

分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中凝水的生长过程,分析了运行时间、电流密度、流速、温度、压力、湿度、流场和扩散层等因素对凝水的影响,并介绍了凝水的处理方法。对PEMFC凝水的可视化观测已从宏观步入微观。