船舶氢储电力推进系统燃料电池功率变换器设计

为解决氢燃料电池输出特性软,输出电压低,动态响应慢等问题,采用移相全桥直流变换器作为前级功率变换器,构建变换器的状态空间模型,确定电流型变换器主电路参数和关键控制参数设计准则,完成氢燃料电池功率变换器的设计,搭建船舶氢储电力推进系统的仿真平台。仿真结果表明,该功率变换器实现了升压和稳压的功能,使氢燃料电池工作在最佳工作点。     

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.     

键合图理论在PEMFC建模的应用

基于汽车控制系统的实时性要求,控制模型必须在保证准确性的同时具有运算简单的特点.质子交换膜燃料电池（PEMFC）被誉为最有前途的车用燃料电池,对其模型的研究是不可或缺的.本文根据车用实时控制的要求结合PEMFC工作原理,利用键合图方法和20-sim软件,建立PEMFC的稳态模型.通过比较仿真结果与实验结果,验证了模型的...     

车用质子交换膜燃料电池堆的设计

为了得到一种车用质子交换膜燃料电池堆的设计方法,以双极板流场内的气体流速、压力控制和气体分布与冷却水分布均匀为目标,研究了流场设计和冷却水流道布置,探讨了燃料电池堆的组装技术,涉及到了定位、预紧力选择以及密封方式的确定。对设计出的燃料电池堆进行稳态和动态实验。结果表明:通过该设计方法得到的燃料电池堆具有良好的稳态性能,并且能够保证动态过程中气体的补充,从而保证了电池堆功率的正常输出,达到了车用燃料电池的要求。     

燃料电池系统热管理子系统建模与温度控制

燃料电池电堆的温度分布对燃料电池的安全与寿命有重要影响。该文分析了车用质子交换膜燃料电池系统热管理子系统的结构,并建立热管理子系统的动态模型。在此基础上对燃料电池温度控制算法进行研究,针对热管理子系统大惯性和大迟延的特点,设计了基于预测的智能P ID算法。该算法采用简化的热管理子系统模型预测电堆温度变化趋势并进行提前控制,能显著减小超调。试验结果表明,该算法能实现±0.5℃的控制精度,控制效果良好。     

微型燃料电池设计与三维数值模拟分析

以一反应面积2.5 cm 2利用微机电制程蚀刻流场板之微型质子交换膜燃料电池为研究对象,利用CFD-ACE+软件仿真燃料电池电化学反应分析微型燃料电池内部质子交换膜电化学反应分布情形,三维数值仿真电池性能与实验测试数据相互验证。三维模型仿真分析2个不同气体流量电流密度、温度、水和水含量于质子交换膜上的分布情形。结果表明：微型燃料电池内部温度分布受质子交换膜上气态水分布所影响,当操作电压定在0.4 V时,质子交换膜上较低的气体流量会有较佳的电化学反应,因此会有较均匀的电流密度分布,而质子交换膜上水亦较多且均匀分布,产生较低且较均匀的温度分布,仿真结果阐明微型燃料电池内部物理现象。     

质子交换膜燃料电池发动机热管理特性仿真分析

为解决质子交换膜燃料电池发动机在功率变化时热管理系统温度不稳定、进出口冷却液温差大等问题，使用LMS AMESim仿真软件，以30 kW质子交换膜燃料电池发动机为基础，考虑整车的功率变化和驾驶员需求等因素，建立质子交换膜燃料电池发动机热管理系统模型。使用燃料电池发动机标定工况来分析热管理系统各个部件的冷却液温度和压力情况；采用新欧洲驾驶循环（NEDC）工况进行质子交换膜燃料电池热管理仿真测试。结果表明，所建立的热管理系统可以在NEDC工况下保持温度稳定，进出口冷却液最高温差约为5.6℃，可为质子交换膜燃料电池发动机热管理试验研究及测试提供一定的依据和指导。     

质子交换膜燃料电池启动策略

为了缩短质子交换膜燃料电池启动过程中氢气/空气界面存在的时间并限制电堆启动电压,通过实验研究直接启动、启动前氢气吹扫时间以及启动辅助负载对质子交换膜燃料电池性能影响的差异性,在此基础上提出一种电堆启动时氢气吹扫阳极和启动辅助负载相结合的燃料系统启动控制策略。实验验证了该启动控制策略不仅能限制燃料电池启动时的高电压以及缩短燃料电池启动过程中电堆阳极侧氢气/空气界面的存在时间,还有利于提高单电池的电压均衡性,是一种有效的质子交换膜燃料电池启动控制策略。     

钢带捆扎质子交换膜燃料电池端板拓扑优化

面向国内外车用质子交换膜燃料电池堆高性能、高体积比功率的重大需求,针对电堆整体轻量化的要求,首先利用CATIA建立了燃料电池的三维模型,之后利用ANSYS的拓扑优化模块对端板进行了拓扑优化,并对优化后的电堆整体受力状态进行了分析。根据仿真结果,优化后的端板质量减轻42.34%,接触面上中线处的位移均方根值减少5.31%,整个端板满足强度要求。通过理论计算及仿真模拟,得出了一种经过优化的端板结构形式,对燃料电池的端板优化及封装设计具有参考价值。     

质子交换膜燃料电池电堆温度特性的模糊建模

根据PEMPC电堆温度控制的需要,建立了PEMFC电堆的工作温度与运行参量之间的定量关系模型,为建立面向控制的PEMFC温度非线性模型提供了一种新思路.在建模过程中,采用模糊辨识方法建立PEMFC控制系统的模糊模型,仿真和实验结果表明,该模糊辨识方法对质子交换膜燃料电池电堆的建模和控制提供了一条可供参考的途径.     

车用质子交换膜燃料电池控制策略综述①

介绍了质子交换膜燃料电池系统组成和特点及国内外用于车用燃料电池系统控制的策略。车用燃料电池是一个复杂的非线性系统,且面临快速、大幅值的负载变化,需要进行适当的控制。经典控制方法及智能控制方法均被用来设计燃料电池系统控制器。除了满足车用燃料电池输出功率响应的快速性和稳定性,燃料电池的燃料经济性和耐久性也渐渐成为燃料电池系统控制的目标。复合控制策略综合了多种控制算法的优点,往往可以取得较为满意的控制效果,是未来的研究方向。     

机器人燃料电池混合动力系统优化控制

建立了包括燃料电池、直流变换器、锂电池和负载等部件的燃料电池混合动力系统的数学模型.对燃料电池混合动力系统的能量管理策略进行设计与研究.对所提出的控制系统进行仿真后结果表明:燃料电池的优化控制策略可提高其耐久性,实现了系统功率的合理分配;蓄电池的荷电状态维持在预定区域;将可拓控制理论应用于变换器的控制中可以改善燃料电池混合驱动系统的动态响应特性,即改善直流电/直流电变换器对输出电流跟踪的鲁棒性及动态响应特性,使燃料电池混合能量系统更有效、安全地运行.     

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.     

基于模糊PID的质子交换膜燃料电池输出电压控制

为了保持质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出电压稳定,该文提出了一种电压动态控制模型.设计了一种自适应模糊比例积分微分(PID)控制器.通过3个模糊控制器实时地整定PID控制器参数.当电池负载发生变化时,通过调节氢气流速控制PEMFC电堆的输出电压.仿真结果表明,所建模型能较好地反映PEMFC的动态性能.与PID控制器相比,自适应模糊PID控制器可以使电池的输出电压快速平滑地过渡到设定值.     

基于故障树模型的燃料电池安全性评价

安全性是质子交换膜燃料电池的重要指标,而燃料电池最大的安全问题是质子交换膜超压破裂造成火灾或爆炸。实验构建了5 kW氢空质子交换膜燃料电池发电系统,用故障树方法对电池堆系统发生膜破裂造成火灾或爆炸等事故进行了概率评价,质子交换膜超压破裂氢气体积分数达到4.1%发生氢气火灾或爆炸的频率是4.744×1-0 6次/a,评价结果表明这个风险是可以接受的,完全满足此实验系统安全性要求。此结果可以作为论证燃料电池系统安全性的依据之一。     

雪崩光电二极管反向偏压电路设计及仿真

为解决雪崩光电二极管正常工作时需要的直流反向偏压问题, 提出了利用电感式升压电路的设计方法。该方法利用开关管、 单电感、 电容、 电阻对5 V直流电进行升压, 结合555芯片组成的压控振荡器产生频率信号, 控制开关管的导通与关断, 并利用反馈电路控制压控振荡器的频率, 同时采用Multisim9进行仿真。仿真结果表明, 当输入电压为5V时, 输出电压为160.096 V且保持稳定不变, 解决了雪崩光电二极管在正常工作时需要在阴极加上很高直流反向偏压的问题。     

雪崩光电二极管反向偏压电路设计及仿真

为解决雪崩光电二极管正常工作时需要的直流反向偏压问题,提出了利用电感式升压电路的设计方法.该方法利用开关管、单电感、电容、电阻对5V直流电进行升压,结合555芯片组成的压控振荡器产生频率信号,控制开关管的导通与关断,并利用反馈电路控制压控振荡器的频率,同时采用Multisim9进行仿真.仿真结果表明,当输入电压为5V时,输出电压为160.096 V且保持稳定不变,解决了雪崩光电二极管在正常工作时需要在阴极加上很高直流反向偏压的问题.     

质子交换膜燃料电池电压仿真与分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有转换效率高、无污染、可靠性高等优点,适合作为汽车主要动力源,是新能源汽车领域研究热点。本文基于质子交换膜燃料电池工作机理,以经验模型为基础,建立质子交换膜燃料电池开路电压模型、三种电压损失模型、端电压动态模型。以影响其输出特性的电池工作温度和工作压力作为输入,利用Matlab/Simulink仿真平台对模型进行仿真,并进行相应分析,提出了在中低电流密度区提高电池工作温度、在高电流密度区提高电池工作压力以提高电池性能的工作方案。     

质子交换膜燃料电池空压机系统与能流分析

首先,从质子交换膜燃料电池电堆阴极的需求对空压机出口压力、流量进行理论分析;然后,根据能量守恒原则从整体上对质子交换膜燃料电池供气系统中双螺杆压缩机的能流进行分析。通过分析可知:空气供给系统电机的控制与电机特性、压缩机特性、电机的转速、电堆控制输出对象均密切相关。     

不同因素对质子交换膜燃料电池的影响

随着能源危机及环境问题日益加剧,一种无污染且效率较高的电池——质子交换膜燃料电池(PEMFC)的研究对实际应用也日趋重要,研究的主要指标则是输出特性。根据质子交换膜燃料电池的数学模型,在simulink环境下建立了其稳态模型并进行仿真。对影响质子交换膜燃料电池输出特性的因素(单个电池的电压,活化过电压,欧姆过电压,浓差过电压,功率以及电池效率)进行分析,以电流密度为横轴,得出在不同工作温度,不同气体压强以及不同膜的水含量的情况下质子交换膜燃料电池的最佳稳态输出特性。通过优化参数,改善燃料电池的性能,这对质子交换膜燃料电池的实际应用具有重要的意义。