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。     

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。     

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.     

顺、逆流串联电路逆电渗析电堆发电系统能量转换效率研究

通过建立逆电渗析(RED)电堆能量转换模型,对稀和浓溶液顺、逆流时多个RED电堆(多电极)串联电路的发电系统进行理论研究.比较了顺、逆流两种流动方式下RED电堆流道总长、溶液流速以及RED电堆数量对系统能量转换效率及输出特性的影响.模拟计算结果表明:在设定参数下,降低溶液流速,增加流道总长和电堆数量均能提升系统能量转换效率.溶液逆流时的系统能量转换效率、输出电压和功率密度均高于溶液顺流时的情况.与溶液顺流时相比,逆流时溶液流速和流道总长的变化对系统能量转换效率的影响要大些,而电堆数量影响要小些.电堆数量增加会提高发电系统输出电压和功率密度,但总内阻也随之增加,导致系统推荐的工作范围变窄.     

燃料电池电堆停机吹扫及低温冷启动性能的试验研究

搭建了燃料电池电堆吹扫及低温冷启动测试系统,研究燃料电池停机吹扫电堆初始温度、吹扫时间、吹扫气体等因素对电堆欧姆阻值的影响,研究不同初始含水量对低温冷启动性能的影响.试验结果表明,初始温度越高,电堆欧姆阻值升高越快;相比于单侧气体吹扫,氢气和空气同时吹扫是燃料电池最优的气体吹扫方式;适当降低质子交换膜燃料电池初始含水量有利于减少启动时间,改善启动性能.     

基于MATLAB/Simulink的氢燃料电池系统建模与仿真

车用氢燃料电池在实际应用中易受外界环境和工况变化的影响,存在电压输出不稳定、大滞后性以及燃料安全性等问题,严重阻碍了燃料电池的商业化应用推广.建立更为准确的燃料电池系统模型能够更有效地进行仿真与优化.采用机理建模和辨识建模相结合的方式建立了氢燃料电池系统模型,依据电堆的实际情况建立了输出电压、输出功率的半经验模型;根据燃料电池系统的工作原理,建立了燃料电池空气供给系统和氢气供给系统的机理模型,并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真分析.结果表明:该模型能有效反映电堆运行的工作压力、电堆温度、阴阳极工作压力差以及氧气过量比等关键参数的静、动态变化,进而绘制不同工况下的输出电压、输出功率随负载电流的关系曲线图,从得到的关系曲线图中,得出不同参数的变化对燃料电池运行的影响结果.     

1 kW自呼吸PEMFC堆控制因素试验

自呼吸质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极侧湿度和温度耦合严重,且空气流量对湿度和温度影响不同,从而使得对电池输出电压的控制变得复杂.以氢气压力和提供阴极空气流量的风扇转速为影响因素,对相应的工作点集进行了正交试验研究.分析结果表明,风扇转速高于极值电压转速时,空气会带走更多的水分,从而使得质子交换膜逐渐干燥,阻抗增大,电池性能衰减;风扇转速低于极值电压转速时,空气流量带走的热量减少,使得阴极表面温度升高,阴极端相对湿度迅速减低,从而导致质子交换膜迅速干燥,电池性能衰减迅速.因此,每个工作点存在一个使电池电压最高的风扇转速值.     

多堆燃料电池系统温度模型预测控制

针对多堆燃料电池系统各电堆温度的控制问题,提出了一种将阴阳极出口气体温度作为电堆温度修正项的并联式热管理子系统模型,并对多堆燃料电池系统进行热平衡分析。首先,采用模型预测控制方法进行温度控制;然后,应用系统模型辨识的方法建立多个预测模型,通过切换预测模型控制不同工况点的电堆温度过程;最后,设计测试工况进行仿真验证。结果表明：在相应的温度指标下,并联式热管理子系统应用模型预测控制算法能够快速准确地进行多堆燃料电池系统中各电堆的温度控制,并且增加典型工况点的多个预测模型有助于提升控制效果,使得超调量减小,调节时间缩短。     

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。     

Analysis of Water Management in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Introduction Fuel cells provide an environmentally friendly high- efficiency power source that is not limited by the Carot efficiency. The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is considered to be the most promising can- didate for electric vehicles …     

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

阳极支撑型固体氧化物燃料电池电化学数值分析

根据阳极支撑平板型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的工作原理,建立了SOFC的三维热流电化学模型,研究燃料电池进气方式、进气速率、燃料气组成对其温度场、燃料利用率以及电池性能的影响.结果表明,相比于反向进气方式,采用同向进气,电池温度分布更均匀,热应力更小;适当提高阴极侧空气进气速率会降低电池平均温度和热应力,同时也有利于提高电池功率密度和燃料利用率;增加燃料气的进气摩尔分数,反应速率、系统温度梯度和功率密度随之加大,由于温度梯度的增大最终导致热应力增加.     

燃料电池阴极空气过滤器对SO2的化学吸附仿真

化学吸附性能是燃料电池发动机阴极空气过滤器设计的主要参数之一.通过采用实验和计算机仿真的方法,研究了SO2在过滤器内的化学吸附行为,建立了平衡吸附量-初始进气体积分数-空气流速的三维数学模型.根据吸附模型编写了用户自定义函数作为约束条件方程,运用FLUENT软件对过滤器吸附SO2体积分数分布进行仿真研究,并成功应用于过滤器的结构设计.通过对5 kW燃料电池发动机空气过滤器的仿真,可以清晰地模拟SO2在过滤器内的吸附过程,预测过滤器的失效时间为1 203 h.     

碱性阴离子交换膜燃料电池实验及数值模拟

针对碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)水管理开展了实验及数值模拟工作,使用Tokuyama A201膜制备并组装了实验室规模的AEMFC单电池,建立了一个基于质量守恒、组分守恒及电荷守恒的碱性阴离子交换膜燃料电池二维稳态等温模型,用于研究电池性能及内部水传输机理。通过模型计算分析电池性能及内部水传输和水分布情况,结果表明:计算预测得到的特定参数下的极化曲线趋势与单电池测试的数据吻合良好;电流密度增加会增大水从阳极到阴极的净通量,有利于阴极反应的进行;电池两极均需进气加湿,提高阳极进气湿度可以加快水从阳极到阴极的净迁移,在较高电流密度下阴极进气湿度过低对电池性能影响较大。     

Modeling and Simulation of Truck Engine Cooling System for Onboard Diagnosis

IntroductionFormanyyears ,coolingsystemdesignwasonlycon cernedwithprovidingsufficientcoolingatmaximumengineoutputconditionsandattheworstvehicleoperatingcondi tions (lowvehiclespeedandhighambienttemperature) .Thisapproachresultsinwasteoffuel.Withthedemandsofimprovingfueleconomy ,prolongingenginelifeandre ducingemission ,greatercontrolofengineperformanceisnecessarysinceoptimalengine performancecannotbemaintainedwhenovercoolingoccurs .Inordertocontrolandoptimizetruckenginecoolingsys tem ,amathema…     

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.