质子交换膜燃料电池电堆阳极饥饿反极的研究

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明,在电堆阳极水淹情况下,反极单电池电压表现为缓慢下降到电解水平台然后迅速恢复的循环过程,性能恢复归因于水淹单电池阳极进出口压差上升使其液态水排出而氢气重新进入;在电堆阳极缺气情况下,反极单电池电压表现为迅速降低到碳腐蚀平台然后迅速恢复的循环过程,这是由于缺气单电池的阳极进出口压差下降使电堆内氢气重新分配.缺气反极电池电压会降低到碳腐蚀平台,因此会对电池性能造成不可逆的损害.

多堆燃料电池系统空气供应解耦控制器设计

大功率多堆燃料电池空气供应系统控制由储气罐控制、各堆进气流量节流阀控制以及进气压力背压阀控制构成。试验分析发现,在节流阀与背压阀控制之间存在较强耦合性。为此,基于多堆空气系统架构,采用相关技术来辨识其空气供应子系统在稳态工作点附近的局部线性化传递函数矩阵,并基于前馈解耦补偿技术,实现多堆空气系统储气罐、节流阀与背压阀在稳态工作点附近的相对独立控制。实验结果表明,该方法可实现多堆燃料电池空气供给系统的供给压力、进气流量与进气压力的解耦,具有良好的解耦效果和实用性能。

质子交换膜燃料电池堆多因素影响运行特性试验研究

运行参数和温度分布对质子交换膜燃料电池堆的输出功率较为重要。通过PEMFC实验测试台研究了温度、阴/阳极相对湿度、氢气/空气化学计量比和背压等运行参数和堆内温度分布特性对电堆性能的影响。结果表明,在阴极或阳极相对湿度超过70%且背压超过0.2MPa的运行工况下电池堆的输出性能电池堆较差;在阴极或阳极侧湿度低于50%且空气化学计量比在3.2以上的运行工况下表现较好。

基于FDC氢燃料电池堆在线智能监测系统

在氢燃料电池汽车中,Fuel Cell DC-DC变换器(FDC)在氢燃料电池堆(氢堆)和逆变器之间起着关键的接口作用,其输出直流母线电压的稳定是保证电机等负载正常工作的关键环节。为此本文提出一种新型滑模预测控制,首先改进FDC拓扑结构并建立基于滑模面的预测模型,然后设计基于滑模面价值函数提高FDC跟踪精度;在此基础上为实现氢堆在线智能监测,进一步采用变步长线性插值查表法对氢堆阻抗进行在线精确估算,首先通过数字控制使FDC自生成变频的微小正弦谐波,并根据FDC输入侧电压电流采样,估算氢堆多频段阻抗值;然后采用变步长分段线性插值查表法,对比阻抗估算值与设计标准值,评判氢堆当前状态,实现氢堆在线智能监测。最后进行仿真及实验验证,验证数据显示:①当实验参考电流设定为100 A,传统PI控制时系统电流超调及响应时间分别为20 A、15 ms,应用滑模预测控制时系统电流超调及响应时间分别为1.5 A、2.5 ms;②额定工况下,FDC对自生成谐波的跟踪精度能控制在2%以内;③采用变步长线性插值查表法能实现氢堆阻抗的精确估算,验证算法的有效性。

基于实际运行场景下燃料电池堆振动测试评价方法

本文基于燃料电池汽车的应用场景,提出了基于实际运行需求的燃料电池堆的台架振动的测试评价方法。首先,针对燃料电池物流车进行实际路面的载荷谱采集;其次,基于用户关联等损伤的原理,进行全生命周期载荷谱外推;最后,建立了基于物流车使用场景的台架振动试验方法。研究表明,燃料电池堆在50 Hz得振动频率最大,200 Hz以上基本没有。

燃料电池堆测试平台温控系统研究进展与趋势

为了评估燃料电池堆设计与优化的结果,许多研究探讨了燃料电池堆测试平台在测试燃料电池性能方面的关键作用,结果表明:通过测试平台可以获得燃料电池堆功率密度和寿命等重要信息,推动燃料电池技术的发展。温度是影响性能测试的重要因素,为此,首先阐述了测试平台的基本组成和设计开发进展,然后从建模和控制两个方面介绍了测试平台温度管理模块的研究现状,最后展望了测试平台未来的发展方向。

氢燃料电堆工程设计中的热力学与流体动力学优化策略探讨

氢燃料电堆作为一种新兴的能源转换技术,具有高效、清洁和可再生等优势,被广泛应用于交通运输、工业生产和住宅能源等领域。然而,氢燃料电堆的性能和效率受到其工程设计中热力学和流体动力学的影响。因此,研究热力学和流体动力学优化策略对于提高氢燃料电堆的性能具有重要意义。本文旨在介绍氢燃料电堆工程设计中热力学和流体动力学优化策略的研究目的和意义。通过深入分析热力学和流体动力学在氢燃料电堆中的作用机制,探讨如何优化氢燃料电堆的设计参数,以提高其性能和效率。

110 t氢能源矿用自卸车大功率氢燃料电池电堆一致性分析及优化

为了满足矿山应用对大功率动力的需求,氢能源矿用车辆通常采用大功率氢燃料电池电堆以提升系统的可靠性并降低系统的复杂性。大功率电池电堆大进气量、高电压、大电流的特点会放大电堆中各单电池之间的差异,影响电堆的性能与寿命,因此对大功率氢燃料电池电堆一致性提出了更高的要求。本文依托国能北电胜利能源有限公司110 t氢燃料电池无人驾驶矿用自卸车项目,分析影响大功率燃料电池电堆一致性的关键因素。通过在电堆上下两块端板处各增加两节不参与发电的假电池、采用均热设计的端板、优化配气等措施,使电堆在额定功率工作时远离进气口端单电池电压提升了50 mV,靠近进气口端单电池电压提升了25 mV,整堆单电池的电压差异小于10 mV,有效提升了大功率氢燃料电池电堆的一致性。

高温燃料电堆负荷平衡系统

本文介绍一种高温燃料电堆负荷平衡系统,负载连接在SOFC系统的逆变母线上,并实时检测电网电压,当检测到电网停电时,电子负载开始运行。高温燃料电堆负荷平衡系统采用四相交错开关式负载技术,无级调节拉载功率,实时跟踪消耗燃料电堆的输出功率,实现电堆安全软关闭,提高SOFC系统的稳定性和寿命。相比于普通模拟式电子负载技术,成本更低,可靠性更高,电子元件发热量小。

质子交换膜燃料电池堆密封研究进展

质子交换膜燃料电池堆的密封性能直接关系到电堆的安全性、可靠性和耐久性。本文综述了电堆密封技术要求、电堆密封设计、密封材料选型和密封工艺路线等密封技术的研究进展,提出了密封材料选型的建议和未来密封技术路线的发展方向,为长寿命、高性能燃料电池堆密封设计和验证提供理论参考。

阴极饥饿活化工艺在氢燃料电堆中的应用

活化工艺对电堆的性能具有重要影响,新组装的电堆需要对膜电极组件(MEA)进行适当的活化,才能发挥其最佳性能。对比传统活化与阴极饥饿活化两种活化方式下氢燃料电堆的活化耗时、电堆性能及电压一致性,并对阴极饥饿活化工艺的研究进行展望。结果显示:与传统活化法相比,阴极饥饿活化法的活化时间和极化时间明显缩短,仅需90 min;电堆性能及电压一致性表现较好。

法欧安诺组建快堆燃料工作组

【世界核新闻网站2024年10月21日报道】近期,法国欧安诺公司(Orano)牵头成立了两个专项工作组,致力于快堆燃料技术研发与创新。这一举措旨在整合法国快堆技术领域的优势资源,并对所有致力于快堆研发的专业机构开放合作。

10MWt固态燃料熔盐堆控制棒失控抽出事故分析

钍基熔盐堆核能系统项目是中科院先导科技专项之一,其战略性目标是研发第四代熔盐冷却裂变反应堆核能系统。基于10 MWt固态燃料熔盐堆的系统设计,开发了适用于球床式反应堆系统的安全分析软件,并以高温气冷堆为对象对程序计算结果的准确性进行了验证。基于该软件程序,对固态燃料球床堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)控制棒失控抽出事故进行了分析计算,研究了不同停堆限值及各停堆信号对事故的影响。计算结果表明,超功率停堆限值越高,出口温度限值越大,信号延迟时间越长,反应堆停堆越晚,堆芯功率和燃料最高温度越高。在TMSR-SF控制棒失控抽出事故下,燃料最高温度不超过860°C,远低于1 600°C的熔化温度限值。

10 MW固态燃料熔盐实验堆安全分析关键技术初步研究

钍基熔盐反应堆(Thorium Molten Salt Reactor,TMSR)项目是中国科学院科技先导项目之一。基于10 MW热功率熔盐反应堆-固体燃料(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)的设计,对TMSR的关键技术安全分析进行了初步研究。TMSR-SF与现有反应堆之间的差异对核安全审查提出挑战,TMSR-SF审查方法的研究将准备其安全审查的技术和要求。固态燃料熔盐实验堆安全分析关键技术初步研究包含4个方面:堆芯核设计关键安全限值、事故序列及验收准则、源项及其审评方法和验收准则、概率安全评价方法和始发事件。首先对其它类型反应堆的安全审查方法进行了研究,对其关键参数和重要规定做了概述,并借鉴了高温气体冷堆和钠冷却快堆的审评要求和方法;然后使用蒙特卡罗和其他方法、模型来计算TMSR-SF的关键参数。应用逻辑图方法讨论概率风险评价(Probabilistic Risk Assessment,PRA)方法和始发事件清单。在本研究中,计算了核心核设计安全限值,研究和讨论事故列表和分类,讨论了TMSR-SF的PRA框架和始发事件清单,该研究将支持TMSR-SF的安全审查和安全设计。

空冷型质子交换膜燃料电池堆温湿度特性自适应模糊建模与输出控制

空冷型质子交换膜燃料电池(air-cooling proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)堆具有结构简单,系统自身能耗低等特点,在便携式电源研究方面有良好的应用前景。以移动机器人为供电对象,通过实验获得最优性能输出下的最佳电堆工作温度和尾气排放周期变化规律,应用自适应模糊辨识方法建立电堆温湿度特性模型,并针对负载变化特点,采用自适应模糊控制方法设计电堆温度和湿度控制器,在满足系统稳态和动态性能基础上,获得最优性能输出。

质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究

对5kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压-电流特性、温度特性、压力特性、反应气体计量比特性等进行了测试,并从电化学热力学和动力学两个角度初步分析了各运行参数对电堆性能的影响机理。试验表明,适当升高温度和反应气体压力有利于改善PEMFC电堆的性能,氢气、空气计量比分别为1.2和2.5时,该电堆性能最好。

车用燃料电池电堆比功率提升的技术途径探讨

燃料电池车作为新能源汽车的一种,以其续驶里程长、动力性能高、燃料加注快、兼容可再生能源等特点,得到愈来愈广泛的重视。燃料电池堆是燃料电池汽车的核心,其比功率是反映燃料电池堆技术水平的重要指标,掌握高比功率燃料电池电堆技术可以降低电堆硬件数量,从而也会使电堆成本得到大幅降低。国际上先进的燃料电池堆由于具有高的比功率使其在车辆有限空间能提供较大功率,满足了车辆动力需求;然而,国内目前电堆比功率相比国际先进水平还有一定差距,针对这一问题,本文从高活性催化剂、增强复合质子交换膜、高扰动流场、导电耐腐蚀薄金属双极板、电堆组装与一致性等多方面,探讨了提高燃料电池电堆比功率的技术途径,基于理论与实践积累分析了燃料电池活化极化、欧姆极化及传质极化与材料、部件、组装的关联性,为进一步提高燃料电池堆性能与比功率提供方向性参考。

质子交换膜燃料电池堆压力及流量分布规律

针对质子交换膜燃料电池堆各单电池的反应气体流量均匀是保证电池堆高效、稳定运行的关键因素之一,通过简化的电池堆气场系统模型,研究了等截面和变截面进气总管在U型和Z型两种进气方式时电池堆内部压力分布以及各单电池流量分配规律。研究结果表明,具有一定锥度结构的变截面进气总管在U型进气方式时,电池堆沿进气总管长度方向的压力分布比较均匀,压力损失较小,电池堆各单电池的气体流量较其他形式均匀。

基于光电隔离继电器的燃料电池堆单片电压检测系统的设计

为了保护燃料电池堆,设计了燃料电池堆单片电压检测系统。该系统采用基于光电隔离继电器测量电压的方法,解决了燃料电池堆单片电压测量中对精度要求高、电压路数多和电势累积高的问题。实验结果表明,124路单片电压检测一次的时间为110ms,测量误差小于0.01V。该系统能够有效地保护燃料电池堆。

燃料电池堆组件退化现象对输出性能的影响

电堆或单电池的组件在长期使用过程中,会出现损耗或功能性退化现象,严重影响发电系统的输出性能和安全可靠性。这种现象的形成有着复杂的内在因素,所造成的输出性能下降形式也难以简单描述。该文首先根据伏–安(V-I)特性曲线各阶段的不同特点,初步研究了组件退化现象对输出性能的影响机制。其次,提出一种基于曲线函数比较的数学方法,实现输出性能下降程度的量化计算。最后,针对多个相同规格、不同使用程度的燃料电池堆,设计实验验证算法有的效性。