PEMFC阴极排水的研究

采用可视化方法研究了直条单流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极排水过程。通过分析流道首次液态排水时间和平均液态排水间隔时间的变化,研究了电流密度、增湿温度和气体流速等对阴极排水过程的影响。阴极气体非饱和增湿时,生成水以水蒸气和液态水两种方式排出,水蒸气排水为连续过程,液态排水为间歇过程。随着电流密度和相对湿度的提高,液态水的积累速度增加;随着气体流速的增大,生成的水以水蒸气方式排出的比例增大。     

PEMFC发动机热管理与冷启动研究进展

综述近年来质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机的热管理和冷启动研究进展。包括空气冷却、相变冷却和液体冷却等3种冷却形式;比例-积分-微分控制(PID)和模糊控制等热管理策略;内部加热、外部加热和停机吹扫等3种冷启动措施。阐述各方法的工作机理并进行比较分析,展望热管理和冷启动的发展趋势。     

PEMFC发动机输出功率瞬态响应仿真研究

结合质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机的工作原理,建立电化学模型。在此基础上,利用MATLAB/SIMULINK软件平台建立电池的瞬态响应仿真模型。不考虑空气系统的时间滞后,影响电池动态响应时间的主要因素为扩散浓差极化,它限制了电流的变化率。以MarkV型发动机为实例,通过分析负载突变的情况下PEMFC发动机输出功率的瞬态响应特性,得出结论为燃料电池的电化学反应时间常数相对较小,从30kW到50kW突变负载时为122ms(误差为5%)。     

5kW氢空PEMFC的性能

构建了5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,电堆工作温度范围为室温到80℃,工作压力为200kPa;研究了5 kW PEMFC的性能特点.结果表明:PEMFC性能随着气体压力和电堆温度的升高而提高.当氢气流量为46 L/min、空气流量为120 L/min时,电池性能最好.     

PEMFC系统故障诊断的研究现状

综述近年来质子交换膜燃料电池(PEMFC)故障诊断的研究现状,着重分析电极水淹及膜干故障、空气(氧气)供给系统故障和水热管理系统故障的诊断方法和原理。指出PEMFC系统故障诊断技术方法使用、模型建立和范围研究的不足。     

PEMFC膜电极材料退化的研究进展

对质子交换膜燃料电池膜电极材料的退化行为、降解机理和影响因素进行了综述,认为膜的退化主要原因是:高分子的分解导致膜的电导率下降和膜出现小孔对反应原料渗透.催化层的退化,是由C载体的腐蚀和Pt的电迁移所致.     

车用PEMFC动态响应仿真分析

针对频繁变载易导致车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能下降、寿命缩短等问题,利用MATLAB/Simulink软件建立燃料电池发动机模型,研究燃料电池在不同影响因素下电压的动态响应,并在新欧洲行驶循环(NEDC)汽车工况下进行仿真分析.当反应温度为80℃、阴阳极气体分压均为300 kPa且膜含水量饱和时,燃料电池电...     

一种考虑催化层结构参数的PEMFC气相模型

质子交换膜燃料电池的结构设计对燃料电池车的开发具有重要意义。目前的电池模型通常把催化层简化成一层薄膜,作为边界条件使用,无法分析催化层结构对电池性能的影响。建立了考虑催化层结构参数的一维气相模型,通过有限元法研究电池内部的流场和电场分布。仿真结果和实验符合良好。分析指出扩散层的孔隙率对电池性能影响较大,应高于0.3,催化层的孔隙率对电池性能影响较小。在催化剂载量不变的情况下,催化层厚度应为10~20 mm。     

大活性面积PEMFC的电流密度分布

利用安装在阳极端板上的35只子电池,测定了活性面积为400 cm2的单体质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作中的电流密度分布.实验结果显示,对大面积燃料电池而言,由于端板紧固过程中带来的应变,容易造成中心部分的电流密度偏低.分析了进一步研究需要考虑的因素,如极板的腐蚀、分割测试的等效性和分割引起的问题等.     

小型自呼吸式PEMFC的研制

研制了一种小型六单体串联自呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用串联供氢,阴极采用自呼吸式供空气.在300 mA、500 mA下长时间工作时,PEMFC的性能稳定,各单体电池的工作电压较均一.     

PEMFC用小型稳压变换器及其监控系统

设计了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用稳压变换器及其监控系统.采用Boost、Buck串联拓扑结构为稳压DC/DC 变换器的主电路,对其工作原理进行了分析.介绍了监控系统的监控对象及其参数设定,研制出了样机.试验结果表明,该样机各项技术指标均达到使用要求,工作稳定可靠.     

基于PEMFC延时特性的发电系统建模与控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统延时特性,建立了1.2 k W PEMFC简化动态模型,并与实验数据对比验证了模型的有效性。在此基础上,构建了包含50 k W PEMFC系统、DC/DC变换器、DC/AC逆变器和滤波器在内的PEMFC发电系统模型,对并网运行和独立运行模式分别提出了同步PI电流控制和电压瞬时值反馈PI控制策略。仿真分析结果表明控制策略效果良好,能满足不同运行状态的要求。     

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。     

电压切换插件烧毁问题的分析及解决方案

介绍了一起110kV变电站电压切换插件烧毁故障,通过对该故障问题的查找和分析,找到了引起插件烧毁故障的原因:由于电缆电容及操作时的暂态过电压引起I母和II母产生压差,在I母和II母的电压切换回路中产生较大的短路电流;II段母线上还有其它很大负载回路及切换过程耦合串入的冲击负载电流,造成大电流通过了切换插件的触点.并提出更换刀闸辅助接点为真空型、用双触点启动电压切换回路、采用正确的母线倒闸顺序等有效的防范措施,从而保障了电力系统的安全稳定运行.     

PEMFC的通用稳态电压模型的开发

为了进行电池控制设计而为电池输出电压建立模型。在分析大量文献的机理模型和经验模型的基础上,将机理和经验两种建模方法良好结合,重点是改进电池膜阻抗部分的模型,目的是使得到的PEMFC电压模型因为基于机理基础而具有灵活的有效性,同时又有经验的形式而具有适合控制的简单性。多组PEMFC实验数据的验证表明,提出的膜阻抗模型能够在电流密度为0～0.9A/cm的范围内准确预测各种Nafion117膜的阻抗,电压模型能够在很大的电流密度范围内,适用于具有不同反应面积和不同特点Nafion膜的PEM燃料电池,因此是PEM燃料电池发电系统仿真和设计分析的一个很有用的工具。     

车用燃料电池热管理系统模型研究

车用燃料电池系统发电的同时释放大量热量,必须构建适合的热管理系统以确保系统性能和可靠性。在分析车用燃料电池热管理系统工作原理基础上,建立了面向控制的计及电堆、空气冷却器、氢气热交换器、旁路阀、散热片和冷却水循环泵模型的燃料电池热管理系统模型,并通过仿真实验研究了电堆电流、冷却液流速、散热片表面风速、旁路阀开度与燃料电池温度的关系;讨论了它们对空气冷却器、氢气热交换器、电堆及散热器入口与出口温度差的影响。模拟结果可以为燃料电池热管理控制系统设计提供指导和帮助。     

氢能发电机移相全桥零电压PWM DC/DC变换器研究

介绍了移相全桥零电压PWM软开关电路的组成、工作原理及软开关的工作过程,阐述了超前桥臂和滞后桥臂的实现条件,依据能量交换守恒原理对电感和电容的选择进行了探讨,并对PWM软开关电路特有的占空比丢失现象进行了分析,仿真验证了适应于质子交换膜燃料电池发电机输出特性的移相全桥零电压PWM软开关电路的合理性。     

单电感E2类软开关DC/DC变换器

介绍了一种只用一个电感的单端E^2类软开关DC／DC变换器。IGBT（MOSFET或BJT）的零电压开关和整流二极管的零电流开关能够降低逆变器和整流器中的损耗。提出了一种分析和设计方案,确定了最佳工作状态下的性能参数。如电流和电压波形,最大集电极电流和最大集-射极电压以及功率输出能力,并对IGBT和整流二极管的功耗进行了估算。实验证明,在频率f=-100kHz,输出功率Po=2kW的情况下变换器的整体效率可达到91％。