质子交换膜燃料电池电堆操作条件的评估

描述质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的测试方法,用于评估电堆操作条件设定的合理性.测试方法包含活化、极化曲线测试、操作条件的敏感性测试(氢气/空气流量、氢气/空气相对湿度、电堆温度和反应气体压力等)和稳定性测试等.用该测试方法对一套30 kW大功率电堆进行有效性验证,得出电堆温度60℃、空气计量比2.5等参数是比较...     

基于多点电压检测技术的燃料电池电堆一致性分析

燃料电池电堆中各单节电池的一致性直接影响整个电堆的性能输出和使用安全性.由于操作条件、单节电池的差异性以及内部环境的复杂性,导致电堆内存在局部电流和电压分布具有不均匀性和位置不确定性.采用双巡检系统分别采集了15节电堆阳极进口侧和阴极进口侧各单节电池电压,通过对比两侧电压差定位异常单节电池,并对该电堆进行一系列在线诊断...     

质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究

对5 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压一电流特性、温度特性、压力特性、反应气体计量比特性等进行了测试.并从电化学热力学和动力学两个角度初步分析了各运行参数对电堆性能的影响机理.试验表明,适当升高温度和反应气体压力有利于改善PEMFC电堆的性能,氢气、空气计量比分别为1.2和2.5时,该电堆性能最好.     

PEMFC的动态特性分析及其PID控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)控制系统的非线性、时滞性、复杂性等特点,利用Matlab/Simulink仿真软件建立PEMFC电堆工作仿真模型。在此基础上,采用比例积分微分(PID)算法控制器控制电堆的输出电流。讨论了当电堆输出电流出现阶跃变化时,电堆输出电压、输出功率以及电堆效率的动态响应,并对仿真结果进行了比较分析。仿真结果表明,该模型能够较好地反映PEMFC系统的动态性能,采用的算法具有较好的鲁棒性,有助于改善PEMFC控制系统的设计,提高其性能。     

质子交换膜燃料电池低温起动方法的仿真研究

在一定假设条件下,将每片单电池分成10层,每层看成一个集总参数,利用Matlab/Simulink软件搭建了由20片单电池及端板组成的瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。采用不同的起动方法使电堆达到低温起动条件,对电堆的低温起动特性进行仿真分析,得到不同低温起动方法的电堆内部温度分布规律和其自身起动的所需时间,为燃料电池电堆低温起动的商业化提供技术支持。     

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。     

基于AT89S52的多堆DMFC控制系统的设计

研究了直接甲醇燃料电池(DMFC)的工作机理及影响因素,针对分堆并接式甲醇燃料电池系统提出了一种多堆组合型联合供电结构,并设计了基于AT89S52单片机的多堆DMFC控制系统.实现了多个电堆工作温度、电堆输出电压和电流等参数的实时监测,通过多堆协调工作算法,可以有效地对多堆组合型直接甲醇燃料电池进行管理控制,从而避免电堆衰减带来的影响,提高了直接甲醇燃料电池的整体功率,使系统更加平稳有序地对外进行供电.     

模拟车况下的质子交换膜燃料电池耐久性研究

为了研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在车载运行条件下的耐久性,介绍了3 kW的PEMFC电堆在模拟车载运行工况条件下的1 000 h耐久性实验.通过分析不同工作电流条件下的电压、电堆极化曲线以及单电池电压分布等随时间的变化来考察PEMFC电堆在模拟车况条件下的性能衰减情况,并借助于红外探温测试和TEM表征来阐明电堆性能衰减机理.研究表明:在模拟车况条件下工作1 000 h后.质子交换膜燃料电池堆在0、35 A及85 A工作电流条件下的电压都衰减了6%左右,单电池电压平均衰减率分别为39.1、23.0 μ V/h和23.3 μ V/h;电堆中各单电池的性能衰减存在空间差异;质子交换膜的损伤导致的气体穿透是引起质子交换膜燃料电池堆性能衰减的主要因素.     

质子交换膜燃料电池电堆低温起动的仿真研究

在假定条件下,将每片单电池分成10层,每层看成一个集总参数,在Matlab/Simulink软件搭建由20片单电池及端板组成的瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。在-20℃的环境温度下,当电堆的温度保温到0℃时,起动燃料电池电堆,加载标准低温起动工况进行仿真研究,并对单电池输出电压、电堆电池各层不同时刻温度和质子交换膜内水的迁移量随时间的变化进行分析。     

PEMFC净水传递研究

水传递是质子交换膜燃料电池水管理的基础.采用活性面积为390 cm2的分体式集成电堆对Nafion112膜净水传递规律进行研究,发现Nafion112膜从阳极向阴极方向的净水传递系数随着电流密度、温度、阴极和阳极压差或压力的升高而不同程度地降低;在干氢气下操作时,电池电化学反应产物水向阳极净水传递,并随干氢气流量的增加而增大.     

燃料电池气体分配箱三维流场分析与数值模拟

燃料电池气体分配箱包括进气简与密封罩两部份,是连接气源与燃料电池组不可缺少的中间装置.气体分配箱的流道结构设计是否合理,对进入燃料电池组的气流量有重要影响.对现有的五种气体分配箱进行了结构分析,利用FLUENT软件对它们的内部流场进行了数值模拟.分析了气体分配箱的进气筒截面形状(圆柱型、圆台型、扩压型)、尺寸大小,进口数目(单进口、双进口)以及进气速度对气体均匀化效果的影响,得出扩压型双进口对均匀化最有利的结後论,此外,适当增加进气速度也有利于气体流场的均匀化.     

PEMFC阴极系统的混合智能PID解耦控制器设计

60 kW PEM FC发电系统要求安全性、可靠性和持久性,理想的电堆湿度和压力控制很重要。在电堆阴极系统的动态仿真和分析基础上,针对系统强非线性动态耦合的特点和控制要求,设计了阴极湿度和压力的混合智能PID解耦控制器。系统实时控制的仿真实验结果说明,利用带二次型性能指标的单神经元PI控制器,调节空气增湿器水泵的注入水流量来控制阴极湿度,控制结果快速而且稳定。以对角回归神经网络(diagonalrecurrentneuralnetw ork,DRNN)动态辨识为基础的增量式PID控制器,调节空压机送往电堆阴极的空气流量,使阴极压力的控制更加稳定和精确。两个控制器的良好配合不仅能够克服系统的非线性动态和耦合特性,而且能够克服系统负载的实时功率需求的影响。     

基于不同电极位置的PEMFC运行特性研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种有巨大发展潜力的发电装置,特别适合成为新一代便携式电源和电动汽车的动力源。水是影响燃料电池性能的关键因素,良好的水管理是使其安全稳定运行和提高其性能的必要条件。在PEM燃料电池的阴极侧安装风扇,向燃料电池提供氧化剂和降低电池温度,通过实验,观察到在电池堆方向发生变化的情况下,PEM燃料电池性能及其内部传质情况会发生明显变化。实验结果发现:当电流密度较小时,电极方向对PEM燃料电池的性能影响不明显;当电流密度较大时,阳极在上、阴极在下时燃料电池性能优于阴极在上、阳极在下的燃料电池性能。     

无增湿燃料电池冷却水道设计及数值模拟

针对一种基于自回水双极板的无增湿质子交换膜燃料电池,设计了阴极集流板的冷却水流道,使阴极集流板具有为反应气体增湿、回收反应生成的水和冷却燃料电池三方面的功能。利用CFD技术对一个由21个单电池组成的无增湿燃料电池堆冷却水道内部冷却水流动情况进行了数值模拟,分析了电堆水道内部压力和速度的分布情况。最后对电堆冷却水流道进出口压差进行了测试,测试结果与计算结果能较好吻合。     

面向控制的质子交换膜燃料电池机理建模及仿真

系统建模是控制系统设计的基础,建立了用于控制系统设计的质子交换膜燃料电池(PEMFC)集总参数动态模型。从质量守恒和能量守恒角度进行PEMFC机理建模。模型分为8个子模型,即风机动态模型、供应管腔动态模型、空气冷却和加湿器静态模型、阴极动态模型、回流管腔动态模型、阳极动态模型、质子交换膜中水传输模型以及电化学电压模型。通过Matlab/Simulink软件仿真分析,表明所建立的模型能模拟出PEM-FC内的压力、电压、温度以及能量的动态特性,为进一步的控制系统设计奠定了基础。     

熔盐燃料电池堆温度场的数值分析

通过研究熔融碳酸盐燃料电池的传热传质和电化学反应机理,根据质能守恒原理建立了电堆的稳态温度模型。模型考虑了辐射换热、转换反应及组分动量的变化。求解传质方程时对电流密度做了一阶假设。结果表明顺流型熔融碳酸盐燃料电池堆的最高温度在电堆中间和出口部分;入口气流温度、阴极利用率和电流密度是影响电堆温度的主要因素。     

风冷质子交换膜燃料电池的运行特性

风冷电堆简化了常规电池电堆的冷却和供气系统,使其便携性能得到了极大的提高.通过组装19片风冷燃料电池堆,研究了不同的风量、运行温度以及阳极尾气排放方式等对电池性能影响.结果表明:风冷电堆运行风量过大或温度过高会导致膜失水而降低电池的性能,同时阳极尾气采用脉冲排放时能提高电池性能并降低燃料的消耗量.     

全钒液流电池三维模拟

通过全钒液流电池三维耦合反应模型的建立,研究了三种不同电池结构设计中电解液流场分布、电压分布、电流分布以及离子浓度分布。结果表明,电解液主管道至电极反应区横向导流槽的设计,有效提高了电池堆中电解液分配的均一性,降低反应浓差极化,提高电池充放电效率。     

质子交换膜燃料电池阴极液态水传输模型

通过分析确定了质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极膜/扩散层界面和流道/扩散层界面出现液态水的临界电流密度值与阴极反应气体流速的关系。建立了阴极液态水传输模型。模型分析得到,在相同电流密度下,阴极膜/扩散层界面的饱和度高于流道/扩散层界面;随电池温度的升高和入口气体相对湿度的降低,膜/扩散层界面水饱和度下降。同时基于文中条件,由水饱和度的瞬态特性分析表明,在较短的时间内水饱和度达到稳态。这些结果将为电池水管理提供依据。