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。     

基于贝叶斯正则化BP神经网络的PEMFC电堆建模

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)电堆具有输入输出关系复杂、非线性强等特点,获得精确的电堆模型是PEMFC系统优化控制的基础。文章针对PEMFC电堆特点,提出一种改进BP(back propagation)神经网络的PEMFC电堆建模方法。利用BP神经网络良好的非线性拟合特性,采用贝叶斯正则化算法改进BP神经网络,较好地解决了传统BP神经网络存在的高训练精度、低预测精度的过拟合问题。仿真结果表明,经过训练后的电堆模型,在精度和稳定性上具有一定的优势,即使在训练样本数量减少的情况下,依然可以保持良好的泛化能力和较高的稳定性。     

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．     

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.     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对其蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在倾斜不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)时固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对其蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在倾斜不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)时固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

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.     

倾斜多孔方腔内自然对流非正交MRT-LB数值模拟

建立了倾斜多孔方腔自然对流的非正交多松弛系数格子Boltzmann(MRT-LB)模型,选取典型热流动问题分析了非正交转换矩阵的MRT-LB模型数值稳定性和运算效率,并对倾斜多孔方腔内自然对流现象进行了模拟研究,讨论了孔隙度ε(ε=0.4,0.6,0.9)、倾角θ(-180°≤θ≤180°)、Rayleigh数(10~4≤Ra≤10~7)及Darcy数(Da=10~(-4),10~(-2))等参数对流动传热的影响.结果表明:非正交转换矩阵的MRT-LB模型具有更好的数值稳定性和收敛速度;倾斜多孔方腔高温壁面上平均Nusselt数随倾角变化呈M型分布;Ra数、Da数增大使得Nusselt数最大值所对应的倾斜角度θ_(max)呈滞后规律;低Ra数时Nusselt数曲线出现不连续变化现象.最后通过曲线拟合得到Nusselt数与Ra*(Ra*=DaRa)数的幂函数关系式.     

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。     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程的特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在相变换热装置倾角不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)状态下固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

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.     

三角沟槽高温钠热管的启动性能

实验研究在不同倾角、不同加热功率条件下,三角沟槽高温热管的启动性能.结果表明:三角沟槽高温热管在水平放置时,由于冷凝液体回流不充分,蒸气量变少,导致热管绝热段出现温升“滞后”的现象.当三角沟槽高温热管在大输入功率下启动,会出现绝热段温度低于冷凝段的现象,但随着热管整体温差缩小,这种现象将随之消失.当热管倾斜放置时,重力作用促进了金属钠液回流,保证了蒸气量充足,缩短了启动时间,其启动性能要优于水平放置时的启动性能.     

腹板倾角对波纹腹板钢箱梁地震响应的影响

为研究腹板倾角对波纹腹板钢箱梁地震响应的影响,以某波纹腹板钢箱简支梁为工程背景,通过控制主梁混凝土顶板宽度、钢底板宽度及钢箱内截面面积设定3种工况,利用ABAQUS有限元软件建立各工况下不同波纹钢腹板倾斜角度的三维有限元模型,分析了3种工况下腹板倾斜角度对主梁动力特性的影响规律,并选用E2水平的反应谱对主梁结构进行反应谱分析.研究结果表明：腹板倾角会降低波纹腹板钢箱梁的竖向抗弯及扭转刚度,倾角越大,主梁基频越小,底板宽度不变倾角30°时结构的横向抗弯刚度最大;主梁在地震作用下,最大应力出现在固定支座处,最大位移在主梁跨中截面,与腹板倾角无关;随着腹板角度的增加,主梁地震响应越大,对支座的性能要求也随之增加.     

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.     

V形槽微通道阵列铝热管传热特性

为强化微通道阵列铝热管的传热性能,将V形槽应用于微通道阵列铝热管,利用R1336mzz(Z)、HFC4310mee和丙酮工质在不同倾角下对热管进行了传热特性研究。结果表明:V形槽微通道阵列铝热管的最佳充液比为23.2%,在45°~90°倾角范围内,热管在相同加热功率下具有较低的蒸发端温度且受倾角的影响很小,而在0~45°倾角下传热性能受角度的影响较大;在θ=90°和0°这两个特殊的角度下,不同的工质使热管呈现出不同的传热特性。当θ=90°时,填充丙酮的阵列铝热管热性能较好,最高等效导热系数可达到35.67 kW?m-1?K-1。而当θ=0°时,三种工质阵列铝热管的热性能尽管都有所下降,但仍保持较好的传热性能,其中丙酮阵列铝热管加热功率在0~160 W之间时,其等效传热系数均能达到垂直时的72.5%以上,最高等效导热系数也能达到22.28 kW?m-1?K-1,这归功于V形槽道能够提供较强的毛细驱动力,可缓解热管因重力作用弱化而带来的不利影响。     

顺流型熔盐燃料电池电堆的电气特性模型

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）电堆的电气与温度特性决定其性能和可靠性，立足于控制MCFC电堆的输出电压，从单体电池推及电堆，比较全面地对MCFC电堆输出电压以及与之相关的电流密度，燃料气体利用率等特性加以分析，在系统级上建立了由一组变系数偏微分方程和积分方程描述的动态模型，并以外部负载扰动为例讨论了各状态量之间的相互关系，分析和建模的正确性为仿真结果所证实，所得结论有助于控制方案和流场的设计，以及电池材料的选择。     

螺杆集成方式对燃料电池电化学性能的影响

以15片单体电池组成燃料电池电堆为研究对象,进行电化学性能、交流阻抗与内部接触压力分布的试验测试.系统全面地研究了螺杆集成方式燃料电池电堆电化学性能的影响,深入剖析集成力大小和加载方式对燃料电池电堆内欧姆交流阻抗和内部接触压力分布的作用机制,螺杆集成方式不利于电堆电化学性能的高功率输出.得出电堆内压力分布均匀性和燃料电池电化学性能的提高不应仅局限于集成力大小,更重要的是均匀的集成力加载方式,以及配合端板结构进行优化和匹配.     

质子交换膜燃料电池建模研究评述

车用动态工况下,质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部压力、温度和气体浓度直接影响整个系统的性能和耐久性,因此需要借助数学模型分析电池内部传质、传热和化学反应过程,以优化燃料电池系统设计及控制。然而,燃料电池是一个非线性、多输入、强耦合的系统,模型的建立涉及从原子分子级尺度,到材料晶格结构级尺度,再到部件、电堆和系统级尺度。针对多尺度建模问题,从关键部件、单体、电堆及系统等角度,对不同尺度的建模方法进行全面梳理,并阐述了未来建模的挑战及发展趋势。     

倾斜单管和管排自然对流换热的实验研究

对倾斜单管和倾斜管排的自然对流换热进行了实验研究。试验管的外径为40毫米,长800毫米。试验在恒热流条件下进行,R_(αL)的范围是5×10~8～3×10~9,倾斜角度为θ=0°(水平放置),15°,30°和45°。对于倾斜管排,在每一倾斜角下进行了七种s/d的试验。根据实验结果,拟合了适用于倾斜角度为0°～45°、流动状态为紊流时的倾斜单管的自然对流换热通用准则关系式,填补了现有实验数据的空白。试验还揭示了不同倾斜角度下倾斜管排中各管的N_(u_L)随s/d的变化规律。试验发现,尽管倾斜单管的换热总比相应条件下水平单管差,但是在θ不太大时,倾斜管排的平均换热系数不仅不比水平管排低,而且可高出5～6%。因此,就工程实用来说,当换热器的水平尺寸受限制时,将自然对流换热管排布置成倾斜的方式是可取的。此时,从工程实用的观点,倾斜管排的换热完全可按相同条件下的水平管排的公式计算。用Mach-Zehnder干涉仅获得了流场显示图像,对合理的解释试验结果及进一步建立理论模型提供了依据。