燃料电池堆单片电压巡检系统设计

在分析燃料电池单片电压巡检原理的基础上，提出了一种基于2层CAN网络的巡检系统体系结构，设计了巡检系统高精度电压检测单元和高速网络控制单元软硬件。实践证明，该系统实现了对燃料电池堆单片电压实时高精度检测，获得了很好的效果。     

通道管理式燃料电池单片电压巡检系统设计

实时检测各单片电池电压对通常由几百片电池串联组成的质子交换膜燃料电池汽车发动机意义重大。针对现有的燃料电池单片电压巡检系统均存在的不足,作了简要分析,并设计了一种利用通道管理单元对单片电池进行分组,在同一时刻使得有且仅有一个小组在线,依次循环顺序切换各小组,从而实现整堆单片电压分布式检测的通道管理式巡检系统。该系统在精度高,实时性好,稳定性强的基础上,具备成本低,体积、质量小,功耗低,易布局等优势,并已成功用于武汉理工大学研制的80 kW燃料电堆。     

可测正负压的燃料电池单片电压检测系统设计

为了实时掌握燃料电池堆的工作性能,设计了一种基于VC10.0和双CAN网络技术且可检测正、负压的燃料电池堆单片电压检测系统。该系统采用了基于光继电器的分布式单片电压采集方法,并且利用电压抬升的方式解决了燃料电池单片正、负压检测的问题,同时利用USB高速通信方式实现了燃料电池堆网络控制单元与上位机的实时通信。该检测系统在实际应用中取得了良好的效果,实验结果表明,该系统简单可靠,精度高,实时性强。     

质子交换膜燃料电池堆压力及流量分布规律

针对质子交换膜燃料电池堆各单电池的反应气体流量均匀是保证电池堆高效、稳定运行的关键因素之一,通过简化的电池堆气场系统模型,研究了等截面和变截面进气总管在U型和Z型两种进气方式时电池堆内部压力分布以及各单电池流量分配规律.研究结果表明,具有一定锥度结构的变截面进气总管在U型进气方式时,电池堆沿进气总管长度方向的压力分布比较均匀,压力损失较小,电池堆各单电池的气体流量较其他形式均匀.     

燃料电池发动机系统计算分析

根据质子交换膜燃料电池工作原理 ,对车载燃料电池系统进行了较详细的计算与分析。通过计算发现 ,2 5 k W燃料电池车载系统在单电池电压为 0 .5 5 V的情况下 ,氢气的消耗量 (标准气体状态下 )为 19.0 4 m3/ h;空气的消耗量 (标准气体状态下 )为 4 5 .33m3/ h。散热系统的热量主要来源于电堆工作时的化学反应热、焦耳热、加湿气体带入的热量及吸收环境的辐射热 ,其中主要为化学反应热和焦耳热 ,其值大致与电堆功率相当。电堆的散热主要包括尾气带走的热量、辐射热和循环水传递的热量。计算发现 ,2 5 k W电堆尾气带走的热量约为 4 83W,辐射热为 16 6 .7W,均可忽略不计 ,电堆产生的热量可认为主要由循环冷却水带走。在保持电堆进、出口循环水温差为 10℃时 ,2 5 k W电堆所需循环冷却水约为3m3/ h。     

中温固体氧化物燃料电池性能的初步研究

本文初步研究了一种新型中温固体氧化物燃料电池的性能，包括工作温度、功率输出特性以及电池的稳定性等，试验结果表明，制备的PEN单电池可以在500－600℃的温度下工作，开路电压（OCV）达0．8－1．0V，电池输出功率密度可达01W／cm^2。升高温度可以提高电池性能，同时又降低了电池的稳定性，较合适的工作温度为550℃左右。     

基于ANSYS的PEM单电池组装应力分析

采用ANSYS软件对质子交换膜燃料单电池装配进行有限元分析。分析了300、400、500、600N等不同大小的载荷对装配的影响,对比了这4种载荷下燃料电池堆的核心部件膜电极组件的变形情况及应力分布情况,得出燃料电池单电池的最佳装配压力为400N。该结果可为燃料电池堆的组装提供较好的参考依据。     

质子交换膜燃料电池堆建模与参数分析

质子交换膜燃料电池性能衰退与寿命预测研究需要依靠多物理仿真模型。为了满足燃料电池堆对仿真工具的要求,单电池模型被串联起来建立了一个燃料电池堆二维模型。在每个单电池内,考虑了各个组件的气体成分,带电离子和水分子的耦合传输特性。以10个单电池组成的电堆为例,将电池堆性能的影响因素归结为内部性能参数和操作运行过程中的控制参数。得到了燃料电池堆的气体浓度分布、阴阳极湿度分布、局部电流密度分布和整体温度分布等。最后对电池内部性能参数和操作参数进行分析,发现提高催化层活性比表面积可改善活化损失;提高质子交换膜电导率可改善欧姆损失;提高扩散层孔隙率可改善浓差损失。为PEMFC性能优化设计和操作条件的选择打下基础。     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电（proton exchange membrane fuel cells, PEMFC）经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMUEINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响．该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制．     

车用PEM燃料电池活化条件的优化

活化对车用质子交换膜燃料电池性能有重要影响.通过设计燃料电池变流强制活化程序,对实验室设计制造的燃料电池单片进行了4次活化实验.活化实验一、实验二和实验三的结果显示,经过活化燃料电池的性能得到了提升,但是提高幅度不大;而且燃料电池在加载至0.5A/cm2以上时,电压下降较快.对氧气不加湿进行了活化实验四,结果表明电池的最大加载电流密度由1.06A/cm2提高至1.75A/cm2,电池的性能得到了明显的提升.     

梯度磁场对质子交换膜燃料电池工作性能的影响

质子交换膜燃料电池的工作性能与许多因素有关,由于氢气是抗磁性气体,氧气是顺磁性气体,通过外加磁场可以改变燃料电池的工作性能.采用永磁铁作为梯度磁场产生源,分析了梯度磁场对燃料电池的作用机理,设计了相应的实验方案,通过实验讨论了外加磁场对燃料电池的运行稳定性、极化曲线以及不同流量条件下输出功率的影响规律,以验证梯度磁场对提高燃料电池工作性能的有效性.     

质子交换膜燃料电池催化层气液两相流的建模及仿真

质子交换膜燃料电池中液态水含量的多少对电池性能具有十分重要的影响。考虑了质子交换膜燃料电池催化层中气液态水的影响,在假设电池内部保持等温、稳态的基础上建立了电池阴极一维气液两相流模型。运用MATLAB软件对电池内部不同的液态水饱和度、温度以及不同阴极进气压力对单电池输出电压的影响进行了仿真,得出不同条件下的电流密度和电压之间的关系曲线,将仿真结果与实验数据相比较,该结果与实验数据符合较好,可为车用燃料电池的优化与控制提供依据。     

燃料电池汽车开发展望

通过对社会基础能源的全程效率分析比较，文章介绍了用燃料电池所产生的电力作为动力的燃料电池汽车（FCV），以及车用燃料电池的基本工作原理和特点。其中，详细阐述了纯氢型燃料电池汽车（H2-FCV）、车载重整型燃料电池汽车（R-FCV）和直接甲醇型燃料电池汽车（DM-FCV）的燃料系统，以及使用这些燃料系统（FCV）的开发进展，并对此进行了实用化分析。     

燃料电池电动汽车中的加湿技术研究

介绍了质子交换膜燃料电池的原理与特点 ,分析了对质子交换膜燃料电池电动汽车燃料供给系统进行加湿的必要性 ,并对系统所需加湿量进行了计算 ,最后设计开发了适于车载使用的加湿方案     

燃料电池汽车TTCAN网络的调度设计

针对目前燃料电池汽车应用层协议不统一的情况,该文以自主研发的燃料电池中巴车为对象,基于SAEJ1939协议,利用均匀装载(AL)调度算法实现了其动力总成系统TTCAN协议的调度设计,该协议对其各节点源地址分配、优先级和参数组定义做出明确规定。通过可调度性、实时性、周期抖动、总线负载率和发送延迟的分析和测试,表明该协议是高效可行的,能满足燃料电池汽车实时控制的要求。     

基于BP神经网络的燃料电池发动机温度模型

燃料电池堆的热特性对燃料电池整体性能和寿命有重要影响,电堆温度特性具有不确定性和非线性,本文利用BP神经网络建立了电堆温度模型,并通过实测数据分析了神经网络模型的特性,研究结果表明,神经网络可以用于电堆温度模型的建立,为质子交换膜燃料电池电堆的建模与控制提供了一条可供参考的途径.     

Estimation of equivalent internal-resistance of PEM fuel cell using artificial neural networks

A practical method of estimation for the internal-resistance of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stack was adopted based on radial basis function (RBF) neural networks. In the training process, k-means clustering algorithm was applied to select the network centers of the input training data. Furthermore, an equivalent electrical-circuit model with this internal-resistance was developed for investigation on the stack. Finally using the neural networks model of the equivalent resistance in the PEMFC stack, the simulation results of the estimation of equivalent internal-resistance of PEMFC were presented. The results show that this electrical PEMFC model is effective and is suitable for the study of control scheme, fault detection and the engineering analysis of electrical circuits.     

新型化学电源——燃料电池

燃料电池是一种等温并直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的新型发电装置。燃料电池不受热机效率的限制,能量转换效率高,无污染、无噪音,具有满足环境保护的要求。预计燃料电池系统将在洁净煤燃料电池电站、电动汽车、移动电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。本文介绍了燃料电池的的优点、主要种类、工作原理、国内外发展概况以及燃料电池的前景展望。     

Identification and novel adaptive fuzzy control of nonlinear system for PEMFC stack

PEMFC is a clean energy with high efficiency.Itis a high-tech subject,which has rapidly developed inmany countries.In the last decade,great progress onPEMFC modeling has been achieved by many research-ers.Many kinds of mathematical models have been es-tab…     

5 kW质子交换膜燃料电池堆之气体与水管理系统

开发了一个气体与水管理系统,藉以配合5kW质子交换膜燃料电池堆(Ballard 1310),使燃料电池的发电效率提升,并应用在小型运输工具之辅助动力装置(APU).气体与水管理系统包含4个子系统:氧化物供应系统、氢气供应系统、冷却系统与控制系统.原设计之各子系统中,感测组件过多以及管路过长,易出现热耗散及不均匀的现象,使供应气体温度下降.在新的简化设计中,减少各系统中的感测组件及缩短的管路,能有效提升供应气体之温度,提升燃料电池的性能.此外,电池效能会被在不同负载下的气体相对湿度与氢气消耗量影响,氢气消耗量在负载100A时较负载10A时多44%,故分析氢气于各负载下的消耗情形与气体相对湿度,有助于设计理想的氢气再循环机制,而提升氢气的使用效率.为使总输出功率可达10kW,后续工作将以另一5kW燃料电池堆系统与原系统结合二极管做串并联组装,且因两电池堆之效能输出几乎一致,故全系统将可进行长时间且稳定之高功率输出.实验结果显示在空气进口温度51℃与相对湿度54%时,电池堆最理想效能可达到65.5%.