动态工况下车用燃料电池系统热力学分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是通过电化学将反应将氢气中的化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有启动快、无污染、效率高、可靠性高等特点,正逐步应用于新能源汽车。本文提出了一种车用燃料电池动力系统热力学模型,系统主要由PEMFC电堆、空气压缩机、氢气循环泵、冷却水泵及加湿器模型组成。研究了动态工况下附属设备能耗对燃料电池动力系统效率的影响,分析了工作温度、阴阳极进气湿度等运行参数与系统电功率、电效率及热效率的映射关系,得到了动力系统在180~300 A阶跃电流下的附属设备能耗及系统输出净功率、电效率、热效率。结果表明,在30 kW车用PEMFC系统中,系统输出净功率达22.5 kW,加湿器、冷却泵、空压机、氢气循环泵的能量损耗分别达1.78 kW、2.18 kW、3.1 kW、2.15 kW。系统最大电效率及热效率分别达41%、52.1%。

基于太阳能和朗肯循环的热电氢联供系统

随着世界各国对太阳能产业发展的日益重视,太阳能高效利用技术已成为新能源研究的热点。然而,由于太阳能具有间歇性、波动性及低能量密度等特点,造成太阳能在存储和利用过程中存在储能成本高、工艺复杂、整体利用率低等问题。太阳能发电与制氢技术的有机结合可将太阳能转化为氢气进行存储,实现能源间的高效转化与利用,可有效解决上述问题。本文提出了一种基于太阳能和朗肯循环的热电氢联供系统,系统主要由碟式太阳能集热器(SDC)、固体氧化物电解槽(SOEC)及朗肯循环(RC)组成,可同时提供热能、电能和氢气。建立了热电氢联供系统热力学模型,对系统及其子系统进行了参数分析,得到工作温度、电流密度、辐射强度等运行参数对于系统能量和㶲效率的影响,并确定了系统各部件㶲损产生的内在原因。结果表明,高辐射强度、较高的运行温度和电流密度可以提升系统热力学性能,系统联供效率和制氢效率分别达49%、25%,最大㶲损发生在碟式太阳能集热器,约占总㶲损的50%。