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。

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运行参数优化设计

采用田口法对质子交换膜燃料电池堆的运行参数进行优化,利用L16(45)正交表安排试验方案,在5kW质子交换膜燃料电池堆上进行电堆性能测试。对电堆输出特性的信噪比(SN比)进行方差分析,结果表明气体压力和电堆温度是高度显著因素。给出了运行参数的优化值及电堆最佳性能的置信区间,并进行了试验验证。

高温质子交换膜燃料电池堆的建模与仿真

高温质子交换膜燃料电池相较于传统质子交换膜燃料电池具有更快的电化学动力性,简易的水热管理以及较强的耐CO能力等优点,因此已成为燃料电池研究工作的新热点。建立了高温质子交换膜燃料电池堆的模型,研究单电池数量、电流密度、阳极进气湿度等因素对电池堆性能的影响。研究表明,Z型结构电池堆内阳极气体质量流量分布比较一致,阴极气体质量流量分布呈中间低,两侧高的趋势。单电池数量、电流密度的增大会引起气体分布不均匀性的增强,进而使电池堆电压不均匀性增大;阳极进气湿度的变化主要影响电池欧姆损失。

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。

空冷型质子交换膜燃料电池堆最优性能输出控制

空冷型质子交换膜燃料电池具有结构简单、自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着良好的应用前景。本文通过实验研究环温和负载变化对电堆工作温度的影响关系,揭示温度和湿度特性对电堆输出性能的影响规律。通过建立基于遗传算法优化的温度特性模型,应用模糊-PID融合算法,设计电堆温度控制器,以及根据各电流输出段的湿度特性,采用不同方式控制尾气排放周期,最终保证电堆输出性能最优。

电动车用质子交换膜燃料电池堆

组装了质子交换膜燃料电池堆。该电池堆的主体材料为石墨 ,由 1 3片单电池构成 ,其中每片单电池膜电极的有效面积为 2 0cm2 。以Pt/C为催化剂 ,膜电极中Pt用量为 0 .35mg·cm- 2 。以碳布为气体分散介质。电池堆的开路电压为1 2 .7V ,最大电流为 2 0A ,运行时的平均功率为 50W。迄今为止 ,该电池堆已平稳运行半年以上。用其驱动一台小型电动模型车 ,结果令人满意。该车平稳行驶时可承载重物 1 0

1.5kW质子交换膜燃料电池堆动态工况响应特性

考察了自制1.5kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在动态工况下的性能。研究了PEMFC电堆电压、功率、反应参数随车载工况运行出现的响应情况。发现在大电流密度下,由于各单电池的差异,电堆电压和功率出现比较明显的波动现象。在选定两个工况周期中,电堆各单电池电压的差异系数CV最大达到4.23%,最高单电池电压和最低单电池电压相差0.106V。数据分析表明在该动态工况下,PEMFC电堆的动态响应特性受到反应物和电堆温度变化、空气局部流量过大或不足以及电堆内部阳极和阴极出现明显压降等因素的影响。该研究不仅为后续耐久性测试提供分析依据,还对PEMFC电堆实际车载运行参数与控制策略的优化具有指导意义。

质子交换膜燃料电池堆内温湿度测量方法进展

分析了燃料电池堆内温度及湿度测量的要求和难点,总结目前燃料电池堆内温度和湿度的实验测试手段和方法,其中温度(场)的测量方法包括微型热电偶(阵列)、热电阻(阵列)、红外热成像、光纤布拉格光栅及荧光测温法;湿度(场)的测量方法有气相色谱法、激光吸收光谱法、小微电子式湿度传感器及光纤布拉格光栅法.通过比较各类测量方法的特点,认为微型电子式传感器及其组合测量具有较好的推广前景,光纤布拉格光栅由于具有信号多路复用、抗电磁/化学干扰等特点,在未来会有较好的发展.

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。

质子交换膜燃料电池堆封装载荷优化研究进展

大型燃料电池堆的封装载荷大小及其在电堆部件中的均匀化分布程度直接影响电堆的效率、稳定性和使用寿命。从数值模拟和实验研究两方面综述了质子交换膜燃料电池堆封装载荷优化及其在电堆组件中均匀化分布等方面的研究进展,以期为进一步深入研究和工程应用提供参考信息。

空冷型质子交换膜燃料电池堆温湿度特性建模

空冷型质子交换膜燃料电池(Air-CoolingPEMFC)电堆具有结构简单,自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着更为光明的应用前景。在电堆的工作条件中,电堆工作温度和湿度是影响电堆性能的关键因素。以实验手段对空冷型电堆的温度和湿度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度和尾气排放周期对输出性能的影响,并结合分析结果基于遗传算法建立了电堆温度和湿度特性经验模型。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度和湿度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。

5kW氢-空质子交换膜燃料电池堆的模型研究

采用机理模型和经验模型相结合的建模方法建立了一个5kw质子交换膜燃料电池堆实际装置的电化学模型。利用电池堆与单电池之间的内在关系,首先给出了单电池的数学描述,进而建立燃料电池堆的数学模型,其中包括热力学平衡电势、活化极化电势和欧姆极化电势等表达式,以及单电池内阻的经验公式。由于难以得到机理方程中的某些关键参数,因此采用实验设计,获得燃料电池堆的实验数据,运用线性回归的数学方法获得机理模型中活化极化电势方程中的相关参数,通过模拟研究和模型验证,所建立的模型可以较准确的描述燃料电池的极化曲线,预估出燃料电池的输出电压。

30kW高比功率质子交换膜燃料电池堆研制

30kW高功率密度质子交换膜燃料电池堆的研制工作主要包括:(1)建立测试大功率质子交换膜燃料电池单电池或电池堆的工作站;(2)大功率高比功率质子交换膜燃料电池堆的工程设计;(3)组装单电池,建立诊断、测试并改进质子交换膜 电极(三合一体)效能的技术;(4)组装30kW电池堆,并建立诊断、测试、改进其效能的技术。神力公司研制成功的30kW质子交换膜燃料电池堆比功率达到:720W/L,708W/kg。

频繁启停对质子交换膜燃料电池堆性能的影响

以活性面积为330 cm2的电堆为研究对象,考察质子交换膜燃料电池(PEMFC)经历频繁启停操作后的性能衰减。反应气体的分布不均匀,会造成单片电池电压在氮气吹扫过程中下降速率不一致,甚至出现某一片或者几片电池出现反极的现象;PEMFC电堆在经历频繁的启停循环后,性能下降,且高电流密度区的电压衰减更快;随着启停循环的增多,性能的下降会变慢。当电流为100 A时,经历500次启停循环后,前200次启停循环的平均电压衰减速率为后300次衰减速率的3倍,而电堆中单片电池的均一性并未明显恶化。

质子交换膜燃料电池堆参数模型及实验验证

以质子交换膜燃料电池的机理模型和性能实验数据为基础,建立了5 kW质子交换膜燃料电池堆的参数模型。采用多元线性回归方法,由测量的不同条件下的电堆极化曲线,确定了模型中的参数置信水平为95%的置信区间。参数模型被用于燃料电池堆的性能模拟计算,结果表明该模型与实验数据吻合较好,可用于评价燃料电池运行参数对性能的影响,以及对燃料电池动力系统的优化设计。

内增湿式质子交换膜燃料电池堆动态传热模型

建立了质子交换膜燃料电池阴极的传质模型,综合考虑了影响电堆传热的多个因素,在此基础上针对内增湿式燃料电池堆建立了动态传热模型.采用Runge-Kutta-Felh-berg法对模型进行求解,对电流、反应物过量系数、压强、冷却水流量等对电堆温度的影响进行了研究.结果表明,当电流大于25A时电堆温度将不能自行稳定在80℃以下,采用水冷可以有效地将电堆温度控制在较理想的范围内.在额定功率为5 kW的燃料电池堆试验台架上进行了热管理试验,试验结果同模型预测值吻合较好.

质子交换膜燃料电池堆的热力学分析

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的热力学分析模型,研究了运行温度、气体分压和阳极流量等工作参数对燃料电池堆能量效率和火用效率的影响。结果表明:对气体加压,能提高热力学能效率和火用效率;温度升高时,系统性能无明显变化;阳极流量增加时,系统的热力学能效率和火用效率有所降低。

质子交换膜燃料电池堆自加热冷启动仿真研究

针对燃料电池堆低温特性差的问题,提出一种燃料电池堆自加热方案,仿真分析车用燃料电池堆自加热过程中温升情况。结果表明:适当的自加热电阻能够改善电池堆的低温启动性能,比热容小的金属双极板电堆更容易实现低温冷启动。

均温板在质子交换膜燃料电池堆热管理中的应用

过低或过高的工作温度以及过大的温度变化均会影响质子交换膜燃料电池的输出性能和耐久性。有效的热管理是保证质子交换膜燃料电池稳定高效输出的关键因素。本研究将厚度为1.5 mm的均温板作为散热结构应用在质子交换膜燃料电池堆的热管理中,通过安装在5块单电池阴极石墨板上的80个热电偶获取电池内部表面温度,探究了不同负载电流工况下电池堆的温度分布特性。实验发现在0~8 A的加载过程中,各单电池内阴极侧区域最大温差均小于1.0℃,仅在进气口附近有局部温度波动。在相同工况下运行时,应用均温板的电池堆的温度分布均匀性也更优于普通水冷电池堆。