空冷型PEMFC电堆输出功率与热特性试验研究

主要对500 W空冷型PEMFC电堆进行了电堆负载动态阶跃响应、单电池电压均一性以及电堆内部温度分布实验研究.通过变载实验,发现电堆每次变载时电压都出现过冲现象,同时同一电流下对应的温度和电压,加载过程要比卸载过程低;单电池电压随着负载增加,波动越来越大,距离阳极排水口较远的单电池最容易发生水淹,位于电堆中部位置的NO.13~NO.21单电池电压均一性表现较好;电堆内部温度分布不均匀,与位置有很大关系,在不同负载下,电堆底部温度要比顶部温度高.     

影响车用质子交换膜燃料电池性能的诸因素分析及试验

通过对质子交换膜燃料电池进行理论建模和试验,分析了反应气体压力、电堆温度和增湿温度对燃料电池输出电压的影响,在PEMFC允许的工作参数范围内,这3个因素增加均可使电池输出电压上升.同时通过燃料电池系统的性能试验验证了仿真结果的正确性.燃料电池的高负荷持续工作特性测试表明其符合作为车用动力源高负载长时间运转的要求.测定了不同气体压力下燃料电池的效率,分析了燃料电池的输出功率与其效率之间的变化关系,讨论了燃料电池作为车用动力源时的能量效率,为车用质子交换膜燃料电池的使用与控制以便发挥其最佳性能提供参考.     

薄型金属流场板燃料电池性能研究

对某金属流场板燃料电池进行性能试验,通过与某石墨流场板燃料电池在燃料电池效率和单电池平均电压等性能上的对比,对该电堆的整体性能进行了评价.同时对该金属流场板燃料电池进行了100 h振动可靠性试验,振动后通过对单电池电压的分析,发现该金属流场板燃料电池单电池一致性下降,每次振动后极化特性试验中单电池电压最大值出现的位置并无明显规律,而单电池电压最小值出现的位置为燃料电池的末端.     

进气相对湿度对变载工况下PEMFC电堆性能的影响

为了探究进气相对湿度对质子交换膜燃料电池电堆变载工况性能的影响,设计了一个动态循环工况,包括电流密度从0.10到0.35 A/cm²、从0.10到1.00 A/cm²的2种阶跃工况和电流密度分别为0.10、0.35、1.00 A/cm²的稳定工况,进行了相对湿度分别为20%、30%、50%、70%、80%的5组试验.结果表明：恒流状态时,电堆在不同电流密度下对相对湿度的敏感性不同,在大电流密度下相对湿度对电堆性能影响较大;变载过程中,电堆电压出现下冲和过冲现象,加载过程的电压下冲量与变载幅度和相对湿度有关,电堆单电池电压一致性变差,电压一致性与进气相对湿度有关.     

45kW质子交换膜燃料电池发动机建模与仿真

建立了较为完整的包括电堆、反应气体供应以及水热管理3个主要模块的45 kW级质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机数学模型.电堆电压模型引入了误差补偿项,提高了电压计算精度,并通过实验数据得到验证.选取冷却液入堆温度、空气过量系数和阴极入口空气压力为系统的操控变量,在给定电流密度下进行了电堆相关性能对操控变量的敏感性分析.仿真结果表明,为了获得较好的系统输出性能,应适当降低冷却液入堆温度,提高阴极入口空气压力;为了保持合理的电堆温度,必须有效控制该系统的水热管理系统.     

用于直接甲醇燃料电池系统甲醇浓度控制的软测量

为了提高直接甲醇燃料电池燃料的效率,并使该系统微型化,提出了一种用于控制该系统中循环甲醇浓度的软测量算法。该算法利用甲醇浓度对电化学响应的特性,将电堆的电流、电压以及温度作为对浓度的响应参数,将每片电池作为传感原件,准确测量电池的电流、电压和温度。结果表明,采用该算法从实验结果推测值的甲醇浓度误差小于0.40%。该算法可用于微型燃料电池的开发。     

高速PEMFC单片电压监测系统设计

质子交换膜燃料电池是一个封闭的发电装置,其运行性能仅能通过单片电池电压进行反应.根据单片电池电压的暂态变化,可以调整控制策略、工作条件,使电堆运行在最佳状态,延长其使用寿命.为满足燃料电池暂态分析及故障诊断的需要,拟利用高速数据采集卡,结合电阻分压及高速模拟切换开关,构建一种高速单片电池电压监测系统,实现燃料电池单片电压的高速、高精度采集.经试验测试表明,设计的监测系统测量速度、测量精度均比现有单片电压采集系统高,平均误差为4. 52 m V,测量时间小于6 ms.     

基于重整氢气的高温PEMFC系统的模拟分析

为了分析高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)系统在不同工况下的效率,模拟了一个以天然气蒸汽重整氢气为燃料的HT-PEMFC发电系统.该系统由燃料电池堆(电堆)、甲烷蒸汽重整器(SMR)、水气反应器(WGS)、空压机、换热器、空冷器及水泵等单元组成.研究了电堆温度、系统压力、阴极化学计量数和蒸汽重整温度等参数对系统的影响,分析了整个燃料电池系统中各组成单元的能量损失、损失和功率分布情况.结果表明:随着电堆和SMR温度的升高,系统效率显著提高,而在SMR温度超过700,℃后系统效率开始下降;系统压力、阴极化学计量数和WGS温度对系统效率影响较小;在单电池电压为0.7,V时,整个系统的效率可以达到46.5%.     

用于钒电池组自启动的双级高频隔离变流器

钒电池启动时需先为电解液循环系统供电,待电堆主闸自动闭合后电池才能正常充放电。但是,钒电池在严重缺电时电堆的初始电动势较低,与循环系统的恒压供电值相差较大,所以,当电堆主闸自动闭合时变流器与电池间会产生较大的冲击电流。针对上述问题,该文提出了一种双级型高频隔离变流器及其控制方法,实现了高频隔离并网钒电池组在自启动过程中的冲击电流抑制,并通过电池参数测定避免了变流器限流控制时循环系统由于电压过低导致自启动失败的现象。最后通过5kW钒电池样机自启动实验,验证了所提出拓扑的可行性及控制方法的有效性。     

光强和温度对硅光伏电池输出特性的影响

实验研究了单晶及非晶硅光伏电池的输出特性随光强与温度的变化规律,结果表明:光强与温度对单晶(非晶)硅电池输出电流与电压的影响规律是相同的;光强对单晶(非晶)硅电流影响大,电流相对变化约60%(73%),对电压影响小,电压相对变化约1.8%(3.6%),而温度对电池电压影响大,对电流影响相对小;相比较单晶硅电池,光强或温度变化对非晶硅电池的输出影响更大,且相同的光强或温度条件下,单晶硅电池的填充因子和转换效率都优于非晶硅电池.电池填充因子与转换效率和光强与温度的关系,由电池串联电阻、并联电阻以及相应的焦耳损耗耦合影响.     

基于MATLAB/Simulink的氢燃料电池系统建模与仿真

车用氢燃料电池在实际应用中易受外界环境和工况变化的影响,存在电压输出不稳定、大滞后性以及燃料安全性等问题,严重阻碍了燃料电池的商业化应用推广.建立更为准确的燃料电池系统模型能够更有效地进行仿真与优化.采用机理建模和辨识建模相结合的方式建立了氢燃料电池系统模型,依据电堆的实际情况建立了输出电压、输出功率的半经验模型;根据燃料电池系统的工作原理,建立了燃料电池空气供给系统和氢气供给系统的机理模型,并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真分析.结果表明:该模型能有效反映电堆运行的工作压力、电堆温度、阴阳极工作压力差以及氧气过量比等关键参数的静、动态变化,进而绘制不同工况下的输出电压、输出功率随负载电流的关系曲线图,从得到的关系曲线图中,得出不同参数的变化对燃料电池运行的影响结果.     

1 kW自呼吸PEMFC堆控制因素试验

自呼吸质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极侧湿度和温度耦合严重,且空气流量对湿度和温度影响不同,从而使得对电池输出电压的控制变得复杂.以氢气压力和提供阴极空气流量的风扇转速为影响因素,对相应的工作点集进行了正交试验研究.分析结果表明,风扇转速高于极值电压转速时,空气会带走更多的水分,从而使得质子交换膜逐渐干燥,阻抗增大,电池性能衰减;风扇转速低于极值电压转速时,空气流量带走的热量减少,使得阴极表面温度升高,阴极端相对湿度迅速减低,从而导致质子交换膜迅速干燥,电池性能衰减迅速.因此,每个工作点存在一个使电池电压最高的风扇转速值.     

质子交换膜燃料电池停机后吹扫仿真

基于单电池内部水相变和传递的机理建立了燃料电池一维吹扫水传递模型,研究了空气同时吹扫阴阳极方法中电池温度、吹扫气体流量对吹扫的影响,并且对比了氢气和氧气分别作为阳极吹扫气体对吹扫效果的影响.仿真结果表明:吹扫初始时刻存在水从阴极到阳极的反扩散现象;电池温度对吹扫的影响程度大于流量对吹扫的影响程度,并且温度越高,膜含水量减少越快;空气吹扫阳极气体既节能又省时.     

室温常压等离子体法合成氨研究(英文)

在室温常压条件下,氮氢混合气体（混合比为1：3,流量为氮气40毫升／分钟、氢气120毫升／分钟）流经自制石英玻璃气套,石英玻璃气套上安装有一对柱面电极,此电极对与交流电源相连接,电源的输出电压为15KV,频率是20KHz（或50Hz）。流过石英玻璃气套的氮氢气体被高电场强度所激活,具有了化学活泼性。有一定平动动能的氮氢气体分子频繁地相互碰撞,可引发化学反应,能合成（生成）氨。室温常压等离子体法合成氨转化率影响较大因素有：1）放电频率;2）当放电频率固定在20KHz时电源输出电压值;3）氮氢混合比;4）反应气体的温度。     

焚烧烟气和大气中二噁英类气-固分布比较研究

探讨生活垃圾焚烧烟气和周边大气中二噁英类的气-固浓度分布特性。通过采样实测某生活垃圾焚烧厂焚烧烟气和周边大气中二噁英类浓度,比较分析生活垃圾焚烧烟气和周边大气气-固浓度分布特性。焚烧烟气中不同氯取代的二噁英类气-固相分布较均衡,气相二噁英类占主导,质量浓度比例为82%~93%;大气中不同氯取代的二噁英类气-固分布很不均匀,固相二噁英类质量浓度比例为85%。烟气从出口到大气环境二噁英类气-固分配存在动态平衡。影响其动态平衡的2个重要影响参数为:气-固分布系数和颗粒态二噁英粒径分布特征。     

质子交换膜燃料电池电堆动态热传输模型

基于能量守恒原理建立了电堆的动态热传输模型，比较全面地考虑了影响电堆热传输的因素．仿真结果表明，在不考虑冷却且反应气体输入流量略大于负载电流所需流量情况下，随负载电流的增大电堆温度快速上升；当电堆电流为常数时，随着提高输入气体的流量，电堆温度由不稳定状态逐渐过渡到稳定状态，且稳定值随之下降；另外，当加入冷却系统后，可以充分保证电堆在较理想的温度下运行．模型仿真结果与实验数据能够较好吻合．     

熔盐燃料电池电堆动态特性的建模和分析

根据物质、动量和能量守恒，建立了10kW级顺流型熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）电堆的数学模型，给出了模型的边界条件。将MCFC电堆的波状板考虑到模型中，求解模型得到气压以及各部分温度的分布。给出并求解了MCFC的电气特性模型，分析了电堆沿气流方向的特性；电堆在电流密度阶跃变化下的动态响应。与试验数据的比较表明，模型能正确反映电堆真实的内部特性。