燃料电池空气供应系统自适应神经网络滑模控制

聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)空气供应系统易受参数不确定性和外部干扰的负面影响,难以实现高精度数学建模和鲁棒控制.设计了一种自适应神经网络滑模控制器,用于将PEMFC空气供应系统过氧比调节至其最优参考值,以维持最大系统输出净功率并避免氧饥饿.利用径向基函数神经网络在线逼近系统的未建模动态,而无需对外部干扰与模型参数摄动的界的先验信息.由Lyapunov理论分别推导出神经网络权值和滑模增益的自适应律,以保证闭环系统稳定性.仿真结果表明,所设计的控制器不仅改善了过氧比控制的动态行为,还有效减弱了控制输入的大幅超调和抖振.     

质子交换膜燃料电池的三维数值模拟

对一种质子交换膜燃料电池进行了整个单电池的三维数值模拟.计算中采用单相等温模型,数值求解用整场离散、整场求解的方法,同时采用已知电流通过Butler-Volmer方程修正过电位获得电池电压的方法模拟电化学动力学过程.数值结果与实验值的对比表明,所采用的单电池计算模型在大部分工况下获得的输出电压与实验值偏差均可控制在10%～20%以内.计算并分析了单电池局部电流密度分布,同时将单电池模型与典型单元模型的计算结果进行了对比,发现两者在电流密度、质量组分的分布上均存在明显的差异,其原因主要在于典型单元边界条件设置所致.该工作将有助于对质子交换膜燃料电池的流动、传质与电化学过程进行进一步的数值研究.     

操作参数对PEMFC性能的影响

通过实验研究三通道蛇形非对称流场的质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行温度、气体加湿温度、空气流量、H2流量以及燃料电池工作压力等操作参数对PEMFC性能的影响。结果表明:燃料电池温度保持在333～343K,加湿温度与电池温度相同时,电池性能达到最佳状态;质子交换膜燃料电池中O2的还原反应是影响整个燃料电池放电性能的一个关键因素;工作压力为2.026×105Pa左右时电池的性能最佳。     

操作条件对质子交换膜燃料电池性能的影响

通过测量电池的电流-电压、电流密度-功率和电流密度-时间曲线,研究了温度、压力和尾气排放速度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,得出了电池较佳的工作条件。实验结果表明：氢气和氧气的较佳工作压力分别为0.03MPa和0.3MPa;在该压力下,电池工作温度为60℃时,电池的最大功率密度可达0.44W/cm²;当尾气排放速度为20mL/min时,电池能够高效、稳定的运行。     

质子交换膜燃料电池催化剂的研究进展

综述了近几年质子交换膜燃料电池中阳极催化剂和阴极催化剂的研究进展,对主要的阳极抗CO催化剂铂系合金催化剂的性能和机理进行了简介,其中Pt-Mo、Pt-WO3被认为是很有希望的抗CO的阳极催化剂.另外,多组分催化剂是比较有希望的研究方向.对阴极催化剂中的铂系合金、过渡金属、过渡金属复合氧化物、特别是钙钛石型氧化物等催化剂的性能和发展现状也作了简单评述.     

入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni--Yb/γ--Al2O3(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO2、H2和CH4)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO2入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO2或H2进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH4代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H2对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH4不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO2时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO2对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.     

用于PEMFC的介孔碳担载铂氧化钨电催化剂的制备与表征

利用介孔碳作为载体,制备介孔碳担载Pt-WO3复合催化剂应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极.以苯为碳源,采用气相沉积法复制介孔SiO2 Al-SBA-15模板结构合成石墨化介孔碳Cg,采用浸渍法制备无定形介孔碳CMK-3.通过分步沉积,将Pt和WO3担载到介孔碳载体上,采用比表面分析(BET)、X线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安法以及单电池极化性能测试对介孔碳担载的复合催化剂进行表征.结果表明:介孔碳作为催化剂载体,其孔道结构有助于催化剂的均匀分散,从而提高催化剂的电催化剂活性.由于石墨化介孔碳的导电性能高于无定形介孔碳,因此Pt-WO3/Cg比Pt-WO3/CMK-3具有更好的电极催化活性.     

基于遗传算法优化的BP神经网络的PEMFC动态特性仿真研究

针对一辆小型燃料电池电动车的2 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)动力系统,利用遗传算法优化的BP神经网络建立其电压输出特性模型,将PEMFC部分实测数据作为遗传算法优化的BP神经网络的训练样本对其进行训练,利用训练好的神经网络对电堆电压输出特性进行预测,并与实验数据进行对比,结果显示:网络预测的输出电压与实测输出电压之间的最大相对误差均保持在4;之内.     

质子交换膜燃料电池温度控制仿真模型

通过对质子交换膜燃料电池电化学反应的热力学特性分析计算，建立了质子交换膜燃料电池的热力系统动态数学模型，并且在Matlab／Simulink平台上建立了温度控制仿真模型。从实用的角度，结合燃料电池发动机研发工作，提出了一套不需要精确的系统内部特性和结构参数的燃料电池温度控制仿真模型建模方法。     

燃料电池空气供应系统建模与动态仿真的研究

采用"控制体"的方法建立燃料电池堆空气供应系统的供应管腔、阴极和回流管腔模型,并采用神经网络方法对风机特性测试数据进行拟合,建立风机转速、出口压力和风量的关系模型。运用Simulink仿真工具建立仿真模型,研究风机转速和回流管腔系数对氧气供应的影响,并对电堆电流阶跃变化对氧气供应的影响进行仿真。仿真结果和实验测试数据相符,表明所建模型是有效的,可以指导电堆阴极结构的设计和空气供应系统控制方法的研究。