基于重整氢气的高温PEMFC系统的模拟分析

为了分析高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)系统在不同工况下的效率,模拟了一个以天然气蒸汽重整氢气为燃料的HT-PEMFC发电系统.该系统由燃料电池堆(电堆)、甲烷蒸汽重整器(SMR)、水气反应器(WGS)、空压机、换热器、空冷器及水泵等单元组成.研究了电堆温度、系统压力、阴极化学计量数和蒸汽重整温度等参数对系统的影响,分析了整个燃料电池系统中各组成单元的能量损失、损失和功率分布情况.结果表明:随着电堆和SMR温度的升高,系统效率显著提高,而在SMR温度超过700,℃后系统效率开始下降;系统压力、阴极化学计量数和WGS温度对系统效率影响较小;在单电池电压为0.7,V时,整个系统的效率可以达到46.5%.     

空气供给系统对kW级质子交换膜燃料电池系统的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)平稳运行时,空气供给系统可以通过PEMFC电堆产生的电能带动。首先建立PEMFC电堆模型和空气供给系统模型,然后,对加入空气供给系统的kW级电堆的输出电压、等效内阻和输出功率进行仿真。从仿真结果可知:相对于空气压力,空气流量对kW级电堆输出电压的影响更大,加入压缩机(风机)系统后,电堆最大等效输出功率点发生变化,且kW级电堆宜采用0.10～0.15 MPa的低压空气供给系统为其供气。     

电动汽车制动能量回收系统分析

设计了一种电动汽车制动能量回收系统,介绍了系统的工作原理,通过控制器的电压控制信号对系统进行了仿真,当控制器的电压信号低于1.0V时,控制器控制三相可控全桥整流滤波电路工作,经整流滤波、变频、驱动电机发电、整流输出,其能量回收系统效率约为η回=60％,实现了能量回收的功能,增加了电动汽车的续驶里程.     

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。     

RPEMFC/膨胀机可再生能源驱动的综合能源系统性能研究

为提高可再生能源在冷热电联供系统中的利用率,提出一种以可逆质子交换膜燃料电池RPEMFC和膨胀机为主要部件的新型冷热电联供综合能源系统,通过引射器和膨胀机回收电解池氧气侧的压力能,以RPEMFC电堆的冷却回路和膨胀机出口冷气分别对外供热和制冷。为获得系统中主要设备运行参数对系统性能的影响,建立了系统的热力学模型,进而揭示了系统效率、?效率、压缩机耗功、膨胀机回收功、系统制热制冷量等随参数的变化规律。研究结果表明,当RPEMFC电堆以50kW的发电功率运行时,系统发电效率为56.2%,热效率35.2%,总效率91.4%,?效率54%,且在15kW-85kW的发电功率变化范围内系统能效均超过89%。系统能量效率及?效率对引射器流量比及引射器工作流压力变化较为敏感,并以影响系统发电效率为主;压缩机出口压力变化对系统能效影响不大,但压缩机出口压力增大有利于系统增加产冷量。     

采用可逆质子交换膜燃料电池/膨胀机的综合能源系统性能研究

为提高可再生能源在冷热电联供系统中的利用率,提出一种以可逆质子交换膜燃料电池(RPEMFC)和膨胀机为主要部件的新型冷热电联供综合能源系统,通过引射器和膨胀机回收电解池氧气侧的压力能,以RPEMFC电堆的冷却回路和膨胀机出口冷气分别对外供热和制冷。为获得系统中主要设备运行参数对系统性能的影响,建立了系统的热力学模型,进而揭示了系统效率、效率、压缩机耗功、膨胀机回收功、系统制热制冷量等参数的变化规律。研究结果表明:当RPEMFC电堆以50kW的发电功率运行时,系统发电效率为56.2%,热效率为35.2%,总效率为91.4%,效率为54%,且在15～85kW的发电功率变化范围内系统能效均超过89%;系统能量效率及效率对引射器流量比及引射器工作流压力的变化较为敏感,并以影响系统发电效率为主;压缩机出口压力变化对系统能效影响不大,但压缩机出口压力增大有利于系统增加产冷量。     

RPEMFC/膨胀机可再生能源驱动的综合能源系统性能研究

为提高可再生能源在冷热电联供系统中的利用率,提出一种以可逆质子交换膜燃料电池RPEMFC和膨胀机为主要部件的新型冷热电联供综合能源系统,通过引射器和膨胀机回收电解池氧气侧的压力能,以RPEMFC电堆的冷却回路和膨胀机出口冷气分别对外供热和制冷。为获得系统中主要设备运行参数对系统性能的影响,建立了系统的热力学模型,进而揭示了系统效率、?效率、压缩机耗功、膨胀机回收功、系统制热制冷量等随参数的变化规律。研究结果表明,当RPEMFC电堆以50kW的发电功率运行时,系统发电效率为56.2%,热效率35.2%,总效率91.4%,?效率54%,且在15kW-85kW的发电功率变化范围内系统能效均超过89%。系统能量效率及?效率对引射器流量比及引射器工作流压力变化较为敏感,并以影响系统发电效率为主;压缩机出口压力变化对系统能效影响不大,但压缩机出口压力增大有利于系统增加产冷量。     

太阳能热气流发电系统流道优化研究

基于相对压力概念,构建了太阳能热气流发电系统新数学模型,并对西班牙太阳能热气流电站模型进行数值模拟,分析了其流场和温度场,并据此对原始模型进行优化.计算结果表明:通过对发电系统集热棚出口和烟囱进口的局部流道进行优化,使烟囱进口处局部流速增大约14%,温度场更加均匀,相对压力减小约50%,提高了系统做功能力和能量转换效率,同时减上蒂统能量损失.数值模拟结果为太阳能热气流发电系统的设计和应用提供理论依据.     

电活性聚合物能量转换机理及实验研究

基于介电高弹聚合物理论构建电活性聚合物发电过程的数学模型,以揭示硅树脂电活性聚合物在电致大变形过程中的机电耦合规律及能量转换机理;根据能量收集的循环过程建立了恒电压、恒电荷、恒电场和恒电流条件下的能量收集模型及混合能量收集模型;针对机电能量的转换效率对比分析各种模型的性能;同时,搭建风能发电机实验装置并进行恒电荷条件下发电过程的能量收集实验.结果表明,恒电荷条件下的能量收集模型的能量转换效率最高.     

空冷型PEMFC电堆输出功率与热特性试验研究

主要对500 W空冷型PEMFC电堆进行了电堆负载动态阶跃响应、单电池电压均一性以及电堆内部温度分布实验研究.通过变载实验,发现电堆每次变载时电压都出现过冲现象,同时同一电流下对应的温度和电压,加载过程要比卸载过程低;单电池电压随着负载增加,波动越来越大,距离阳极排水口较远的单电池最容易发生水淹,位于电堆中部位置的NO.13~NO.21单电池电压均一性表现较好;电堆内部温度分布不均匀,与位置有很大关系,在不同负载下,电堆底部温度要比顶部温度高.     

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.     

回热式有机朗肯循环冷能发电系统变热源温度实验研究

针对当前开展液化天然气冷能发电的实验研究难度大且实验参考的数据少等问题,提出一种以R290为循环工质、液氮为冷源的回热式有机朗肯循环(ORC)冷能发电实验系统。通过实验研究,探索热源温度在20～55℃范围内,机械输出功、发电量、功电转换效率、热效率和冷能利用率等重要性能参数随热源温度变化的规律,并与常规ORC冷能发电系统进行比较。结果表明：在一定范围内,热源温度的增加有利于提升ORC冷能发电系统的总体性能,且系统存在一个与冷源匹配的最佳热源温度;当冷热源处于最佳匹配时,回热循环对ORC冷能发电系统的机械输出功、发电量、热效率和冷能利用率等参量有明显的提升,分别增加了26.2%、12.7%、16.4%和16.6%,但功电转换效率出现降低,下降了10.7%。这些规律将对系统运行时关键参数的调整和控制以及优化设计提供一定的参考依据。     

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.     

基于氧化石墨烯薄膜的温差电能量转换及其机理研究

通过基于氧化石墨烯(GO)薄膜的纳米流体系统将外部的温度梯度转换成电信号,从实验和数值模拟两个方面,系统地研究了不同条件下温差电能量转换的情况,探究了固体仿生纳米孔道在温差能上的应用.实验发现:温差发电的最大输出功率密度随着KCl浓度的增大而先上升后下降,随着温度梯度的增大而逐渐上升,随着膜厚的增大而逐渐下降.模拟研究...     

小型独立式风光互补直流发电系统协调控制策略

受环境和气候影响,独立式风光互补发电系统运行的工作模式复杂多样,导致系统内能量不平衡,影响供电稳定性和持续性.提出一种基于蓄电池工作模式分类的协调控制策略,根据不同气象条件下的功率输入、输出关系和蓄电池工作模式将发电系统分为28种运行模式,以此实现系统各状态的平稳转换.提出直流风光互补发电系统的结构框架,分析光伏发电、风力发电和储能系统的数学模型,总结系统运行模式,提出电压分层控制策略.利用MATLAB/SIMULINK软件,对系统在不同环境条件和负载需求下的运行特性进行仿真分析,验证了所提出协调控制策略的可行性.     

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.     

质子交换膜燃料电池分体式集成电堆

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是电动汽车的最佳候选电源。为提高其效率,研制了一种分体式质子交换膜燃料电池集成电堆。采用外置式Nafion○R115膜加湿器,加湿系统与冷却系统合二为一。在70℃,气体流量小于7L/min时,膜加湿器能为反应气体提供摩尔分数为72%的加湿量,满足了电堆的加湿需求。电堆活性面积为390cm2,在电流密度为2.1A/cm2时,电堆最大功率可超过1.2W/cm2。用电化学分析方法研究了电堆的静态与动态电性能。发现小于1A/cm2的电流密度有利于电堆活化,而电流密度超过1.5A/cm2会使电堆的稳定性变坏。     

典型酚类有毒废水的生物电化学降解及产电性能研究

通过构建单室型微生物燃料电池,比较了以1 000 mg/L葡萄糖为单一燃料和100 mg/L苯酚+1 000mg/L葡萄糖混合时MFC的产电性能及阳极生物膜形态.结果表明,当以葡萄糖为单一燃料时,最大输出电压为486mV,对应的库伦效率和最大功率密度为30.54%和332.35 mW·m^-2,COD去除率为90.97%.混合燃料时出现先升高再降低的趋势,体积比为50∶50时,最大输出电压为381 mV,库伦效率和功率密度为34.75%和204.26 mW·m^-2,COD去除率为88.34% .通过对SEM的分析推断在链球菌为降解葡萄糖的优势菌群,短杆菌则为降解苯酚的主要微生物,其数量多少与产电性能有直接影响.实验说明,苯酚可以作为MFC的底物产电,能被MFC中的产电混合菌有效降解.     

具有单步死区时间控制的3态降压-升压直流-直流转换器

为了提高能量转换效率,扩大输入输出电压范围,研究了在直流-直流转换器中功率传输门结构及死区时间对SMPS(switched-mode power supply)转换器效率与稳定性的影响.不适当的死区时间会产生直流通路导通(cross-conduction)及体2极管导通(body-diode conduction)现象影响转换效率,提出单步死区时间控制的方法使能量转换效率更高.根据3态非反向降压-升压转换器工作原理,分别分析了功率传输门可以扩大输入输出电压范围的工作原理,提出传输门结构可以用来替代输出级上管.基于降压-升压转换器及FPGA开发板,搭建了直流-直流降压-升压转换器测试系统.该转换器输入电压Vin范围为2.7~5.7 V,输出电压Vout为0.3~6.8 V,输出电流可以高达6 A,转换效率可提高4%.     

热离子-温差热电混合发电模块的优化性能研究

应用非平衡态热力学理论,建立热离子-温差热电混合发电模块的理论模型,导出混合发电模块输出功率和效率的表达式,研究混合发电模块的性能特性和优化性能,确定混合发电模块在最大输出功率和最大效率时的优化条件,给出系统的优化工作区域,对系统的主要性能参数作了详细的讨论,得到一些有益的新结论.所得结果可为实际混合发电系统的设计和优化运行提供理论依据.