PEMFC及其空气/氢气供给系统控制研究

综合考虑了质子交换膜燃料电池及其空气和氢气供给系统,根据系统的工作要求,设计了一种实用而有效的控制方法。系统通过对空气和氢气进气量的调节,保证燃料电池输出电压和氢氧两侧压力符合系统要求。仿真研究建立了PEMFC和空气/氢气进气系统的数学模型,研究了燃料电池系统输出电压、阴阳极压力以及空气进气系统中的氧气分压和氧气质量变化,结果证明控制系统具有较好的动态性能和抗扰性,满足控制要求。     

PEMFC新型压差流道传质与电化学性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）核心组件,极板的流道形状和尺寸直接影响反应气体的利用率以及电池的排水、散热性能。基于极板工作原理提出一种新型PEMFC压差流道构型,研究流道内阴极氧气浓度、水浓度分布、进出口压降、流速的变化,分析电流密度和极化曲线对燃料电池电化学性能的影响;50%开孔率时,对比8组低压直流道和高压直流道宽度同时增大的仿真结果发现,低压直流道和高压直流道宽度均由2.25mm减小到0.5mm时,功率密度峰值提高了31.9%。进一步探究压差流道中增大或保持一种流道宽度不变去改变另一种流道宽度对燃料电池电化学性能影响,结果表明低压直流道和高压直流道宽度均为1mm时,功率密度峰值最高可达0.39W/cm2。     

甲醇重整制氢PEMFC系统余热分析

甲醇重整质子交换膜燃料电池系统主要包括了甲醇重整制氢模块、氢气提纯模块、电堆模块以及电转换模块等,现有系统发电效率能够高达30%,使用热电联产后理论效率能达到70%,因此有必要对系统内部余热情况进行研究。基于甲醇重整质子交换膜燃料电池系统实验台,分析了平稳运行时系统内部产生的理论余热量,并详细计算了在不同输出功率下系统运行产生的实际余热量,结合理论计算进行对比,提出系统余热利用以及进一步优化的方向。     

蛇形挡板流道PEMFC性能分析

提出一种新型蛇型挡板流道设计,该流道设计是通过在传统蛇型流道中添加挡板构成的.三维数值分析表明.当操作电压下低于0.7 V时,蛇型挡板流道设计性能较传统蛇型流道有较大提高.分析电池内部氧气流量、液态水和局部电流密度发现.添加挡板增大了流道内燃料压力,电池内部受肋下对流效应影响的区域增大,由于肋下对流效应不仅提高了肋条下方多孔层氧气传输效率,同时在多孔层内产生较大的对流剪切力还可有效提高液态水移除效果,因此性能提高.压力损耗分析表明.尽管蛇型挡板流道增大了电池压损,但对本文所分析的小型燃料电池而言,增加压损引起的附加压缩功远小于电池输出功,因此压损可不予考虑.     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

流线型挡板对PEMFC性能的影响

优化质子交换膜燃料电池PEMFC（proton exchange membrane fuel cell）的流道结构是强化反应气体传输及提升输出性能的一种重要方法。在PEMFC直流道中添加了一种新型流线型挡板结构,与矩形挡板进行了对比,并分析了流线型挡板的背风面长度对PEMFC传质特性的影响。最后在平行流场中添加流线型挡板,研究了挡板的分布方式对PEMFC性能的影响。结果表明,在直流道内添加挡板提高了挡板下方反应气体的流动速度,增加了扩散层中的反应气体总通量,PEMFC电流密度得到提高。当流线型挡板的背风面长度增加时,有利于减小挡板后方的涡流大小。此外,在平行流场中添加流线型挡板并采用交错分布时,增大了平行流场中的反应气体压降,提高了催化层中的反应气体浓度。当工作电压为0.5 V时,采用交错分布平行流场的PEMFC电流密度比常规平行流场提高了3.4%。研究结果可为今后挡板优化及分布方式的研究提供理论基础和技术储备。     

PEMFC水管理的动态分析与仿真

从阳极水传榆、阴极水传输及质子交换膜中的水分布等方面进行分析,建立了燃料电池堆的水平衡和传榆方程.采用MATLAB对水管理动态过程进行仿真,通过仿真结果,对影响燃料电池堆水管理的参数(阴极回流管道常数、进电堆空气流量、喷射水的流量和电流)进行了分析.仿真结果表明:优化的回流管腔的结构可以使电堆保持良好的湿度状态;进电堆空气流量、喷射水的流量和电流等操作条件,需要在电堆工作时选择或控制.     

波形流道对高温PEMFC性能的影响

采用COMSOL Multiphysics软件建立高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维稳态模型,并进行模拟计算,分析波形流道结构参数对阴极氧气、水的浓度分布及电流密度分布的影响。波形流道结构引起的俯冲效应,流场内物质在各方向上的流速分量增大,促进氧气向气体扩散层(GDL)扩散,有利于阴极中累积水分的排出。流道中波形数量的增加,使俯冲效应效果更显著,能获得更高的电流密度。当电势为0.4 V时,电流密度从无波形直流道时的9 527.5 A/m²提升到波形数量为10时的9 758.9 A/m²,提高了燃料电池的性能。     

生物燃料电池研究进展

生物燃料电池利用生物催化剂直接把化学能转化为电能,具有燃料来源广泛、反应条件温和、生物相容性好等优点。按采用催化剂的不同,可分为微生物燃料电池和酶生物燃料电池。简述了生物燃料电池的工作原理,综述了其最新的研究进展。微生物燃料电池发展的新方向主要是无介体微生物燃料电池的研究和高活性微生物的选用;而酶生物燃料电池的研究,集中在寻找固定酶的新方法,发展体积更小的无介体酶生物燃料电池,以及与太阳电池相结合等方面。对生物燃料电池未来的发展方向进行了展望。     

一种燃料电池独立发电逆变器的研究

本文介绍了一种单相独立发电燃料电池应急电源系统,分析了燃料电池从起动到额定功率工作、系统检测、故障保护等整套逆变装置功能,详细介绍了燃料电池起动电路、前端DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路以及蓄电池充电电路的设计方法。最后通过实际系统测试表明,该逆变器工作稳定可靠,具有良好的工作特性。     

Seeker optimization algorithm for global optimization: A case study on optimal modelling of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC)

In order to optimize the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) model parameters, a novel approach based on seeker optimization algorithm (SOA) is proposed. The SOA is based on the concept of simulating human searching behaviors, where the choice of search direction is based on the empirical gradient by evaluating the response to the position changes and the decision of step length is based on uncertainty reasoning by using a simple Fuzzy rule. In this study, after evaluated on benchmark function optimization, the SOA is applied to optimal modelling of the PEMFC by using a fuel cell test system in Fuel Cell Application Centre (FAC) at the Temasek Polytechnic, and compared with several state-of-the-art versions of differential evolution (DE) and particle swarm optimization (PSO) algorithms. The simulation results show that the proposed approach is superior to other compared algorithms, and the PEMFC model with optimized parameters by SOA fitted experimental data well. Hence, SOA is an effective and reliable technique for optimizing the parameters of PEMFC model, and can be helpful for system analysis, optimization design and real-time control of the PEMFCs.     

质子交换膜燃料电池堆封装载荷优化研究进展

大型燃料电池堆的封装载荷大小及其在电堆部件中的均匀化分布程度直接影响电堆的效率、稳定性和使用寿命。从数值模拟和实验研究两方面综述了质子交换膜燃料电池堆封装载荷优化及其在电堆组件中均匀化分布等方面的研究进展,以期为进一步深入研究和工程应用提供参考信息。     

PEMFC膜电极结构优化的中国发明专利技术进展

检索了质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极在中国的发明专利文献,综述了膜电极结构优化包括非对称设计、附加功能层、催化剂涂层膜和有序化等方面的专利技术进展,并对发展前景进行了展望。     

渐扩型流场PEM燃料电池性能影响研究

流场板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的重要部件之一。本文设计了一种流道渐扩型的流场板,组装了25cm^2的单电池,并运用燃料电池测试系统测得该流场的燃料电池的极化曲线和电池内阻等性能参数,研究了气体加湿度以及电池安放角度对渐扩型流场的燃料电池性能的影响。研究结果表明：在气体100％加湿条件下电池能够获得最好性能,随着重力角度的增大,燃料电池竖立放置时性能最优,而燃料电池平放时性能最差。     

几何尺寸对楔形流场PEMFC性能的影响

在三维非等温单相模型的基础上,比较了质子交换膜燃料电池(PEMFC)楔形流场与平行流场的电池性能,且对楔形流场进行了高度及宽度方向上尺寸的变化,分析了其对电池性能的影响.结果表明:随着楔形流道楔高比的减小,楔形流场可提高PEMFC的电池性能;保持流道进口截面宽度不变时,随着楔宽比的增大,燃料电池性能呈先升高后降低的趋势...     

交指型极板的质子交换膜燃料电池阴极模拟

介绍了采用交指型极板的质子交换膜 (PEM )燃料电池的工作原理 ,通过建立电池阴极数学模型揭示了电极内部的气体是通过强迫对流进行传递 ,指出这一传质机理能加快气体的传递 ,从而提高电化学反应速率 ;比较了采用交指型极板与常规极板的PEM燃料电池的局部电流密度和伏安曲线大小 ,指出交指型极板可提高电池的局部电流密度和极限电流密度 ,从而改善电池性能 ;最后指出增大电池进出口压差、减小气体扩散电极厚度以及增加极板流道个数都可以进一步改善采用交指型极板的PEM燃料电池的性能。     

电子产品用甲醇燃料电池稳定性及优化

以电池的极化曲线和交流阻抗谱为基础,对直接甲醇燃料电池的稳定性进行分析;从改变物料性质的角度提出缓解其性能衰减的主要措施。通过更换甲醇储液瓶、建立无金属质阳极供料通道、阳极氢离子置换等措施对直接甲醇燃料电池的稳定性进行优化,延缓其性能衰减的速度。经研究发现,优化后直接甲醇燃料电池功率密度的衰减速度大大降低。     

同相牵引供电系统满意优化补偿策略研究

针对新型同相牵引供电系统中综合潮流控制器的容量优化配置问题,提出了一种满意优化补偿策略.它能实时检测出负载电流的基波正序有功分量、基波正序无功分量、基波负序分量以及谐波分量.通过给定电能质量期望参数,实时调整负序、无功以及谐波补偿度,使得综合潮流控制器容量在各电能质量补偿参数之间得到实时优化配置.在给定补偿电流参考信号...