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。     

基于神经网络辨识的熔融碳酸盐燃料电池建模

针对熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）电堆系统难以建模以及已建立的模型过于复杂，难以满足工程上对MCFC系统控制设计特别是实时控制需要的情况，绕开MCFC的内部复杂性，提出利用神经网络可能逼近任意复杂非线性函数的性能，将神经网络辨识方法应用到MCFC这种高度非线性系统的建模中。以燃料气和氧化剂气体的流速的输入量，MCFC电堆温度响应为输出量，根据输入输出数据用神经网络辨识建立MCFC电堆系统的温度模型，给出了辨识系统的结构及改进BP算法。仿真结果证明了这种方法的可行性，所建立的模型精度较高，使得设计MCFC的实时控制器成为可能。     

高温质子交换膜燃料电池电堆端板拓扑优化

以实现高温质子交换膜燃料电池单电池内部接触压力的均匀性与电堆内单电池之间接触压力的一致性为目的,建立了一种具有非线性接触边界条件的高温质子交换膜燃料电池电堆端板的拓扑优化模型.通过研究在一定工作温度下装配荷载对电堆内部接触压力的影响,并综合考虑端板的质量与制造难度,构建了一种适用于燃料电池电堆的简化模型.从基于热力耦合的有限元法出发,对燃料电池端板进行以最小质量为目标、最大应力为约束的拓扑优化,并在综合考虑结构形状与拓扑结果的基础上建立端板的几何模型.结果表明,拓扑优化得到的端板结构使电堆内部具有更均匀的接触压力,因此拓扑优化可以为端板的结构设计提供理论参考.     

顺流型熔盐燃料电池电堆的电气特性模型

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）电堆的电气与温度特性决定其性能和可靠性，立足于控制MCFC电堆的输出电压，从单体电池推及电堆，比较全面地对MCFC电堆输出电压以及与之相关的电流密度，燃料气体利用率等特性加以分析，在系统级上建立了由一组变系数偏微分方程和积分方程描述的动态模型，并以外部负载扰动为例讨论了各状态量之间的相互关系，分析和建模的正确性为仿真结果所证实，所得结论有助于控制方案和流场的设计，以及电池材料的选择。     

钢带捆扎燃料电池电堆端板尺寸和形状优化

针对捆扎式燃料电池金属双极板电堆端板受集成力作用易发生变形的现象,设计了一种钢带捆扎式燃料电池电堆的新型端板结构,并通过有限元原理和数值仿真分析对其进行结构参数优化.基于Ansys Apdl程序化语言,建立端板的结构力学分析模型.采用尺寸优化方法,以电堆多个钢带间受力均匀度高、端板质量小和单个钢带固定螺栓轴线偏移程度低为目标函数,分析端板各尺寸对上述目标函数影响程度,从而确定出优化后的尺寸和形状,改善钢带受力和电堆各个部件间接触压力的均匀性,并建立了一个11层的燃料电池电堆1/4二维模型,比较了端板优化前、后双极板脊背与膜电极(membrane electrode assembly)间接触压力分布均匀度.     

顺流型、对流型熔融碳酸盐燃料电池电堆温度分布模型求解与比较

根据熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)电堆内部物质能量流动分析得出的温度分布数学模型是一组偏微分方程组.用加权剩余法对顺流型和对流型MCFC偏微分方程组进行求解,用Mathematica软件编写程序计算得到结果.在此基础上比较了上述两种不同流型的优缺点.所得结论对MCFC的流场设计有一定意义.     

MCFC电堆的自适应模糊控制器的设计

根据熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）的数学模型，为了在温度允许界限内保持MCFC电堆对外电压输出的恒定，采用自适应模糊控制理论对MCFC电堆的控制进行研究，设计了一种具有两个自适应调整模块（参数调整模块和聚类分析模块）的模糊控制器，仿真结果表明自适应模糊控制方法在性能和效果上都比PID控制有明显的提高，从而能够保证MCFC电堆在运动过程中的可靠性。     

PEMFC密封胶接触压力的均匀性研究及改善方法

针对质子交换膜燃料电池密封胶接触压力分布均匀性的问题，采用Fujifilm公司的压力膜测试了4个单电池片数不同的电堆的密封胶接触压力分布，利用MATLAB中搭建的平台对测试结果可视化；并基于Mooney-Rivilin超弹性材料本构模型建立了密封胶平面和电堆截面的有限元模型；利用有限元模型，设计了带圆弧和圆环的密封胶平面结构参数；并给出了沿集成力方向利于接触压力均匀分布的不同层密封胶初始厚度修正值的计算方法.结果表明：单电池平面内密封胶接触压力的最大差值为1.2 MPa；沿集成力方向，靠近端板处的密封胶接触压力较中间层数的大，且层数越多的电堆，处于同一层数的双极板与密封胶的接触压力越小；在接触面积一样时，加圆弧结构的密封胶在平面内的接触压力标准差比原来结构的标准差小41%，加圆环的比原来结构小30%；对于不同层数电堆，密封胶初始厚度修正后的接触压力值均在最佳值附近.     

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.     

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．     

Neural—networks—based Modelling and a Fuzzy Neural Networks Controller of MCFC

Molten Carbonate Fuel Cells(MCFC) are produced with a highly efficient and clean power generation technology which will soon be widely utilized.The temperature characters of MCFC stack are briefly analyzed.A radial basis function (RBF) neural networks identification technology is applied to set up the temperature nonlinear model of MCFC stack,and the identification structure,algorithm and modeling training process are given in detail.A fuzzy controllery of MCFC stack is designed.In order to improve its online control ability,a neural network trained by the I/O data of a fuzzy controller is designed.The neural networks can memorize and expand the inference rules of the fuzzy controller and substitute for the fuzzy controller to control MCFC stack online,A detailed design of the controller is given,The validity of MCFC stack modilling based on neural networks and the superior performance of the fuzzy neural networks controller are proved by Simulations.     

燃料电池整机的动态模型解析与响应

以１０ｋｗ、１０单元组成的顺流型溶融炭酸盐形燃料电池为对象，同时考虑到安装在隔板与电极－电解质板之间波状板的影响，建立了有关燃料电池本机的温度与电流密度动态方程式，并应用求解偏微分方程式的加权残差法对方程求解，得到了燃料电池温度与电流密度的分布与响应结果．     

基于计算流体力学的熔融碳酸盐燃料电池输出性能数值模拟

对熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的连续、动量、能量方程以及电压、电化学方程进行了数学描述，采用计算流体力学(CFD)方法，对MCFC的输出性能进行数值模拟，计算结果包括电池温度、电流密度以及功率密度分布等重要参数．并将理论模型的计算结果与kW级的MCFC温度分布实验数据进行比较，两者符合很好，证明所提数学模型具有较高的可靠性．     

Fuzzy fault diagnosis system of MCFC

A kind of fault diagnosis system of molten carbonate fuel cell (MCFC) stack is proposed in this paper. It is composed of a fuzzy neural network (FNN) and a fault diagnosis element. FNN is able to deal with the information of the expert knowledge and the experiment data efficiently. It also has the ability to approximate any smooth system. FNN is used to identify the fault diagnosis model of MCFC stack. The fuzzy fault decision element can diagnose the state of the MCFC generating system, normal or fault, and can decide the type of the fault based on the outputs of FNN model and the MCFC system. Some simulation experiment results are demonstrated in this paper.     

Hybrid Dynamic Modeling and Control of Molten Carbonate Fuel Cell Stack Shutdown

A hybrid automaton modeling approach that incorporates state space partitioning, phase dynamic modeling and control law synthesis by control strategy is utilized to develop a hybrid automaton model of molten carbonate fuel cell （MCFC） stack shutdown. The shutdown operation is divided into several phases and their boundaries are decided according to a control strategy, which is a set of specifications about the dynamics of MCFC stack during shutdown. According to the control strategy, the specification of increasing stack temperature is satisfied in a phase that can be modeled accurately. The model for phase that has complex dynamic is approximated. The duration of this kind of phase is decreased to minimize the error caused by model approximation.