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.     

Ca2+对质子交换膜燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)长期运行过程中,其部件因损伤产生的杂质金属离子对燃料电池的电化学性能有重要影响。模拟PEMFC中Ca2+污染燃料电池工况,研究了Ca2+对PEMFC电化学性能的影响。实验结果表明:随着污染时间的增加,燃料电池性能逐渐衰减,当污染时间超过9 h,电池电压急剧降低;在高电流密度区(电流密度>400 mA/cm2),电压衰减最明显。在500 mA/cm2电流密度下恒电流放电2 h后,电压降低了41%。Ca2+的存在及其积累对质子交换膜燃料电池有明显的毒化作用。     

基于自适应模糊神经技术的质子交换膜燃料电池建模与控制

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是21世纪最有生命力的发电技术之一。本文从PEMFC实际应用的角度出发,应用自适应模糊神经网络技术对PEMFC系统进行建模与控制。在建模与控制过程中,将训练好的网络模型作为PEMFC控制系统的参考模型,并在线对控制模型参数进行自适应调整。所设计的控制器的性能在仿真和试验结果中得以证明。     

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...     

二次吹扫条件下的PEMFC冷启动实验

通过使用干空气二次吹扫的方式对稳定工作后的质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池进行除水处理,考察了单电池经过吹扫除水操作后的除水量以及内阻变化过程,并研究了单电池经过吹扫除水处理后的常温启动性能以及-10℃下的冷启动性能.实验研究发现:单电池经过干空气二次吹扫处理后,可以在较短时间内经济有效地移除电池内的水,同时单电池的内阻升高.单电池经过干空气二次吹扫后常温启动性能下降,且随二次吹扫流量的增加而加剧,但未造成不可恢复的性能损失.适当的二次吹扫流量可以使电池成功冷启动.吹扫除水策略是优化PEMFC冷启动性能的关键因素之一.     

PEMFC内薄膜温度传感器动态特性的数值模拟

通过数值模拟和系统辨识建模,研究了质子交换膜燃料电池（PEMFC）薄膜温度传感器的动态特性,并根据传感器在PEMFC中的位置,建立了传感器的一维瞬态传热模型。采用COMSOL软件的仿真和系统辨识方法,得到了系统动态数学模型、动态性能指标和动态误差。对于绝缘层厚度为1、2、3、5、10 μm的薄膜温度传感器,确定了其工作频带、延迟时间、上升时间及动态误差峰值等指标参数,并且通过实验手段制作和校准了一个薄膜温度传感器。结果表明,随着绝缘层厚度的增加,传感器的动态性能降低。提出通过模型仿真来判断PEMFC内温度传感器能否满足动态测温要求,这将有助于PEMFC内部瞬态温度的实验研究,也可为传感器的参数选择和结构设计提供参考。     

Performance improvement for air-cooled open-cathode proton exchange membrane fuel cell with different design parameters of the gas diffusion layer

Air-cooled open-cathode LTPEMFC (AO-LTPEMFC) has been developed as a new power source for the portable power supply. The effect of the gas diffusion layer (GDL) on AO-LTPEMFC operation in challenging ambient air conditions was investigated in the present study. The effect of the content of polytetrafluoroethylene (PTFE) on the substrate layer and microporous layer (MPL), the thickness of GDL and the pulse width modulation (PWM) of the fan on cell performance as well as the cathode outlet surface temperature distribution were investigated. The polarization curves, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and dynamic voltage test were used to correlate the structural characteristics of GDL with heat dissipation, oxygen transport and water management in AO-LTPEMFC. The results showed that GDL with appropriate PTFE content in the substrate layer and MPL could significantly optimize cell performance. In addition, the thickness of GDL also had a certain impact on the mass and heat transfer of the fuel cell, while the water management in GDL was affected by PWM of the fan, simultaneously. Combined with the practice process, the optimum values of the substrate layer PTFE content, MPL layer PTFE content and thickness of GDL were identified to be 10%, 40%, and 200 μm, respectively.     

基于120 kW燃料电池空气系统试验的流量和压力协调控制

大功率质子交换膜燃料电池的空气子系统通过控制空压机转速和背压阀开度来调整进气流量和压力。由于该多变量系统具有非线性与耦合性特性，因此导致参数控制困难。研究采用前馈控制与双回路PI控制相结合的策略来调节该系统的进气流量和压力，该控制方法涉及的参数少。在采用该控制方法的试验过程中，根据电堆操作条件对空气子系统流量和压力的需求在线标定控制参数，得到前馈表和PI参数。试验结果表明：采用前馈控制与双回路PI控制相结合的控制策略，可使空气子系统实际流量与设定流量误差控制在1.5 g/s以内，际压力与设定压力误差控制在0.25 kPa以内。该控制策略和控制参数确定方法可以实现大功率质子交换膜燃料电池空气子系统流量和压力的解耦控制，可满足燃料电池系统空气供气要求。     

质子交换膜燃料电池阳极流场数值模拟及流场板沟槽尺寸优化

采用计算流体动力学(CFD)技术对质子交换膜燃料电池(PEMFC)、阳极燃料气体(H2)流场进行了数值模拟，以最大燃料气体(H2)利用率为目标进行了流场板沟槽尺寸优化．结果表明，当沟槽宽度为1．5mm，脊部宽度为0．5mm和沟槽深度为1．5mm时，燃料气体(H2)的利用率达到最大值84．8％．     

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．