质子交换膜燃料电池热管理问题的研究进展

能源与环境是目前人类社会面临的主要挑战,清洁能源高效利用技术是实现人类社会可持续发展的重要保障,其中,氢燃料电池特别是质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其具有高效环保等特点备受青睐。PEMFC在发电过程中产生大量的热,产热与散热的平衡决定电池的温度,电池对温度的要求很苛刻,只允许稍微偏离设计点的温度,因此,通过热管理将电池的温度均匀地控制在设计点温度附近非常重要。本文从产热、传热和热管理策略(冷却策略、余热利用、控制策略)等方面综述PEMFC的热管理问题,重点介绍PEMFC组件在导热系数和冷却策略方面的研究现状,并提出了需要进一步研究的问题。     

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．     

车用质子交换膜燃料电池

文章介绍了500 W质子交换膜燃料电池性能试验,考察了电池气体流道占反应面积的相对体积质量大小、电堆温度、反应气压力、反应气增湿温度及过量系数对电池电压的影响,测得各节单电池的电压分布规律。为适应车用动力源的需要,对电堆进行了大负荷长时间运行试验,测定电堆效率,分析其影响因素。     

质子交换膜燃料电池动态特性研究进展

本文综述了质子交换膜燃料电池（PEMFC）动态特性的研究进展,分析了模型研究和试验研究的特点及其重要性,提出运用不同的研究方法对于全面了解PEMFC的动态特性及优化其结构和控制有实际意义。     

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/Sim...     

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.     

质子交换膜燃料电池水热管理技术现状与展望

水热管理技术的运用有利于解决质子交换膜燃料电池散热需求大、低温冷启动慢、寿命短等问题。本文对某款大功率燃料电池进行动态响应试验,利用皮尔森相关性系数验证了温湿度与有效输出电压的相关性,并通过文献分析水管理和热管理对燃料电池的影响,总结了现阶段的水热管理方法与建模方式。水管理方法主要有反应气体加湿、内部结构设计和排水控制,但无法实现较为准确的水含量在线检测,闭环控制较为困难。而热管理技术较为成熟,利用传统热机的水冷却方法并结合所制定的温度控制策略对热管理子系统中的水泵和风扇进行控制,使电堆温度和进出口冷却水温差稳定在合理的范围。温度与电堆内部水分布具有强耦合性,往往单一的温度变量、水变量研究并不能真实反映温度和水含量对燃料电池性能的影响。未来使用高效的水热耦合技术,综合考虑温度与水含量对PEMFC的影响才是提高其性能、有效改善附件寄生功率、延长使用寿命的关键。     

质子交换膜燃料电池及其数学模型简述

以氢氧质子交换膜燃料电池为例,阐述了燃料电池的工作以及计算燃料电池动力学的基础数学模型。这个模型包括五个基本的控制方程:质量、动量、组分传递、电荷和能量方程以及各物理化学属性之间的关系。     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究进展

催化剂的研究对于降低质子交换膜燃料电池（PEMFC）的成本，促进其商业化有极其重要的意义。主要介绍了阴极催化剂的发展情况，并将其分为铂系和非铂系催化剂两大类进行了介绍。     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究进展

催化剂的研究对于降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本,促进其商业化有极其重要的意义.主要介绍了阴极催化剂的发展情况,并将其分为铂系和非铂系催化剂两大类进行了介绍.     

燃料电池汽车整车热管理系统设计与仿真分析

以某款燃料电池汽车为研究对象,综合考虑车辆的整车布置环境和热管理要求,设计了一套完整的氢燃料电池汽车热管理系统;对关键零部件进行选型与性能匹配设计,运用AMESim软件搭建热管理系统一维仿真模型并进行可信度验证。通过冷却液输入流量、零部件进出水温度及温差等指标对不同工况下的氢燃料电池汽车热管理系统进行仿真分析,结果表明:除电堆和中冷器出水温度在峰值工况下达到极限值不宜长时间工作外,该系统其余工况均运行良好,满足设计要求,可为今后研发燃料电池汽车整车热管理系统提供一定设计思路。     

车用大功率自增湿燃料电池系统控制与应用

针对100 kW级乘用车燃料电池一体化系统,开发了一种高效、长寿命的系统控制器。结合Matlab/Simulink软件和Motohawk平台快速控制原型开发了完整的系统控制程序;以空气子系统为代表,讨论了控制器的闭环控制性能;通过开发FC系统控制器,研究了整个系统的动态性能。结果表明,FC系统在净功率、系统效率和一致性方面表现出极好的潜力。系统最高效率达到62%,电压变化系数（C_v）在负载动态变化期间控制在1%以下。     

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。     

车载甲醇重整制氢燃料电池系统建模与供氢管理

针对车载甲醇重整制氢燃料电池汽车在实际运行过程中氢气需求问题,设计了面向控制的供氢策略。首先基于Matlab/Simulink平台,搭建了甲醇重整制氢燃料电池系统和整车仿真模型。结合实际工况中整车对燃料电池提出的动态功率需求,以甲醇消耗最低为目标,提出一种基于时间序列指数预测算法提前预知燃料电池耗氢速率进而实时调整重整系统的甲醇供应量的策略。C-WTVC工况仿真结果表明,该策略可使综合等效醇耗降低1.47%。此外,考虑到工况频繁变化会降低甲醇重整效率,进一步设计了一种基于规则的供氢管理策略,维持甲醇重整器运行在高效率区,C-WTVC工况下综合等效醇耗降低3.82%。     

延长锂离子电池寿命的电动汽车复合电源设计

分析了锂离子电池作为新能源汽车单一电源的局限性和超级电容作为辅助动力源的优势,设计了锂离子电池与超级电容的复合电源系统拓扑结构． 然后基于 NEDC(欧洲 3/4 排放标准试验工况)循环工况,结合锂离子电池和超级电容的性能参数对锂离子电池 － 超级电容复合电源进行参数匹配,利用超级电容器“削峰填谷”的作用来提高锂离子电池的性能和使用寿命． 其后,基于整车循环工况试验建立容量衰减模型． 最后,采用速度跟随式多目标优化的逻辑门限值控制策略,利用 Matlab/Simulink 进行仿真计算,验证了复合电源系统拓扑结构设计、容量衰减模型和控制策略的合理性． 仿真结果表明,该模型可以将电池的寿命提高 50%,使电池避免大电流的冲击,降低了整车使用成本．     

轨道车柴油机辅助供油系统的设计及改进

铁路内燃轨道车一般采用柴油机为动力,但由于空间限制,柴油机存在吸不上油的现象。提出了解决该问题的技术方案,并对初步设计方案进行了改进,探讨了最终解决方案的技术可行性及其优点。     

基于智能算法的燃料电池汽车道路坡度估计

道路坡度是燃料电池混合动力汽车(FCHV)能量管理策略中的重要参数,但精确的道路坡度很难实时获取。因此,提出了一种基于智能算法(长短期神经网络,LSTM)的道路坡度估计方法。通过分析汽车行驶动力模型,选择了合适的行驶参数作为网络输入。同时,比较了该算法与多层感知器(MLP)算法的估计结果,也比较了不同文献中各算法估计结果的归一化均方根误差值(NRMSE)。实车实验结果表明:该方法能在不使用额外传感器的情况下,较准确地估计实时道路坡度,估计结果的RMSE值(均方根误差值)和NRMSE值仅为0.65°和4.6%。