质子交换膜燃料电池系统故障机理分析及诊断方法研究综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)以其高效无污染等特性在发电、交通运载以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而可靠性和耐久性不足等问题已成为技术瓶颈,亟需探究高效的系统故障诊断方法。该文在介绍质子交换膜燃料电池系统构成及典型故障产生机理的基础上,综述了基于模型方法、数据驱动方法、实验测试方法、融合方法等质子交换膜燃料电池系统的故障诊断方法研究进展,对各种方法进行了分析比对,并对在线诊断技术进行总结分析,最后提出质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法发展趋势及展望,以期为其后续研究及快速商业化应用提供参考。

车用高压质子交换膜燃料电池系统建模与仿真

将车用高压质子交换膜燃料电池系统作为一种新型车辆动力的研究对象,结合机理建模和试验建模两种建模方法,建立了较为完整的系统级高压质子交换膜燃料电池系统的数学模型。该模型包括电堆、空气系统、气气增湿、氢气系统、冷却系统五个模块,通过试验数据为系统的非线性环节建立表格模型。针对一款83kW车用高压PEMFC系统,使用Matlab/Simnlink软件进行了仿真计算,给出了空气压力、温度、湿度、氧气过量系数、系统电压等仿真结果,并通过实验数据对该模型进行了验证。对比了高压系统与低压系统的效率,仿真结果表明在低电流区间高压系统效率低于低压系统,而在高电流区间高压系统效率高于低压系统。

便携式质子交换膜燃料电池系统集成研究

设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出的200W便携式质子交换膜燃料电池系统演示样机进行了一系列性能测试,包括氢气压力、尾气排放、风扇高度、氢气增湿以及系统热管理对便携式PEMFC系统性能的影响,发现了影响便携式PEMFC系统性能的关键问题,并提出了解决方案。

质子交换膜燃料电池系统阳极排放技术研究

针对燃料电池系统气-水分离器自身结构特点以及目前常用的电流积分排水策略存在不能准确判断分离器的水位及系统排水策略控制精度低、可靠性差等问题,在气-水分离器上集成液位传感器,将燃料电池系统排水阀复杂的算法控制转换为简单的开关控制。经试验验证,系统在排水过程中阳极压力波动范围较小、电堆输出性能稳定、氢气损耗低,该燃料电池系统气-水分离器及其排水阀间歇性排放策略优化方法是有效的,有助于燃料电池汽车的进一步推广使用。

汽车质子交换膜燃料电池系统的安全性与可靠性研究

汽车质子交换膜燃料电池系统作为新能源汽车的重要动力源,安全性与可靠性是影响其广泛应用的关键因素。本文系统地探讨了汽车质子交换膜燃料电池系统的特性及其在实际应用中的挑战,深入剖析了燃料电池系统的构成与工作原理,为后续分析提供了基础。此外,针对现有系统存在的问题,提出了改进与优化策略,如优化系统设计、提高材料耐久性以及开发智能监控与故障诊断系统,旨在提升燃料电池系统的综合性能与使用寿命。通过对汽车质子交换膜燃料电池系统安全性与可靠性的深入研究,为其实现商业化应用提供了理论支持和技术参考,同时也为未来燃料电池技术的持续发展指明了方向。

车用质子交换膜燃料电池系统技术现状

详细介绍了车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的组成,描述了目前国内外PEMFC系统的技术状态及技术指标。

质子交换膜燃料电池系统引射器的数值分析

基于CFD方法建立了应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极氢气循环系统引射器的三维数值模型,研究了其结构参数,如混合管直径、等压混合管收敛角、等容混合管长度、扩散管长度和角度对引射器回流比的影响.结果表明:回流比主要受二次回流管与吸入腔之间的压差和混合管进口面积影响;存在最佳的等压混合管收敛角、等容混合管长度和扩散管角度;扩散管长度和混合管直径越大,回流效率越高.

车用质子交换膜燃料电池系统技术评估与分析

根据当前车用质子交换膜燃料电池系统技术现状与相关研究活动,对电堆功率密度、成本指标、系统寿命、冷起动、储氢技术和燃料电池模块化等相关技术方案进行评估与分析。

质子交换膜燃料电池系统动态控制研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有噪声低、红外特征弱,可靠性高等特点,在军用车辆和野外电源等领域有一定的应用价值。燃料电池系统的反应特性与其内部结构、反应环境等多种因素有关,而受传感器的限制,电堆内部质子交换膜的温、湿度等因素无法直接测量,系统每一次的反应特性也不尽相同,系统模型难以确立,传统的精确控制对系统湿度调节效果不佳。本文以3 kW风冷式PEMFC为研究对象,设计了一个简化控制系统,对PEMFC系统湿度进行动态控制,使电堆湿度在阈值范围内周期性变化,摆脱了控制方式对系统模型的依赖性,解决了燃料电池内部湿度均匀性问题,并通过实验验证了该控制方法的可行性及效果。

微型氢空质子交换膜燃料电池系统

现代通讯、电子设备的飞速发展对电源提出了更高比能量的要求,现有的电池技术尚无法满足这样的要求。质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有比锂离子蓄电池更高的比能量,配以适当的制氢或者储氢装置,氢空PEMFC将会是有希望的未来便携式电源。组装了一个外观尺寸为6cm(L)×5cm(W)×6cm(H)的微型PEMFC电堆,包含单电池9片,采用微型风扇提供空气和散热。经过DC-DC变换,电堆输出5V电压,在常温、常压、不加湿、尾气封闭的工况下,电池净输出功率可达到6W,电池系统效率接近30%(以高热值计算)。配以微型合金储氢罐(外观尺寸f3cm×10cm),电池系统可以用4.3W的功率稳定输出约1h。该系统经过数百小时稳定性实验,电堆电压能够保持相对稳定。

质子交换膜燃料电池系统引射器的氢气循环特性

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)低、中、高三种典型工况,采用索科洛夫方法进行了氢气循环引射器主要结构尺寸的设计并建立了相应流体动力学模型.定义了测试用循环工况并进行了CFD模拟仿真,基于仿真数据进行了引射器工作特性曲线图的二维三次样条插值拟合及负载电流下各工作流约束压力值的计算.搭建了引射器循环工况Simulink仿真模型进行相应的仿真分析,据此提出了两级引射器阳极循环系统方案.仿真结果表明,两级引射器阳极循环系统可以满足PEMFC燃料电池0~300A全负载范围的工作需求,且具有较好的引射特性.

质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,并研究了工作温度、反应气体工作压力以及质子交换膜面积变化对电池输出性能的影响。与此同时结合所建立的质子交换膜燃料电池模型设计了一款采用PID控制的Boost升压电路,将燃料电池输出不稳定的电压转变成可供给负载稳定使用的24V电压。

质子交换膜燃料电池系统低温起动仿真

当前燃料电池汽车受到越来越多的关注,而燃料电池汽车商业化还有很多问题亟需解决,其中燃料电池系统低温起动是一个重点难题。使用AMESim软件建立了一个燃料电池一维系统模型,针对影响燃料电池系统低温起动性能的各个因素进行了研究。仿真结果显示,较低的起动电压有利于低温起动过程,温度越低低温起动越困难,反应气体的温度对低温起动过程影响不大。

一种改进的质子交换膜燃料电池系统动态模型

在已有的质子交换膜燃料电池系统模型基础上添加气体扩散层模型和膜电极组件动态模型,研究膜中水含量的动态特性.仿真结果表明,系统动态模型改进之后其输出性能与实验值误差较小,能够反映外部操作条件变化对电池内部电化学反应和物料传递过程的影响,膜中水含量和输出性能的动态响应过程更加接近实际情况,相关信息可用于间接控制膜中水含量和优化系统.

质子交换膜燃料电池系统(PEMFC)的控制策略综述

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统进行了简单的介绍和控制特点分析,并对其控制策略进行了综述,分析和比较了包括常规PID控制、预测控制、模糊控制、神经网络控制以及在此基础上的多种复合控制策略,最后结合国内外至今的相关研究成果,展望了质子交换膜燃料电池系统控制策略的研究方向和发展前景。

车用质子交换膜燃料电池系统-10℃低温启动实验研究

针对一款车用36 kW的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,进行了无外热源加热情况下-10℃环境舱冷启动实验研究。基于现有的系统架构、理论计算得到的电堆热量平衡,制定冷启动试验步骤,通过试验实现了燃料电池系统-10℃低温启动运行,验证了系统设计的有效性。通过分析-10℃启动运行过程中系统的输出特性和主要物理量随时间的变化情况,对系统结构和运行过程设计做了分析说明。本文不但分析了堆内单池的一致性,也考察了主要辅助系统零部件的冷启动试验中的可靠性。主要结论是:冷启动过程时的低温不但影响电堆冷启动的成功与否,也会对电堆的性能产生直接的影响。

质子交换膜燃料电池系统建模和控制的综述

对质子交换膜燃料电池系统建模和控制方法进行了综述。首先概述了燃料电池各种系统级的模型和软件,对各个子系统的模型(电压、空气供应、水管理和温度)作了介绍;其次,对质子交换膜燃料电池各种控制方法进行了综述,包括传统方法、预测控制、模糊控制和神经网络控制;最后结合国内外相关研究成果,展望了燃料电池系统建模和控制的发展前景和研究方向。

质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展

本文简要叙述了质子交换膜燃料电池发电机理，列举了系统开发工作中所面临的富氢燃料转换，氢气安全贮存与稳定供给等若干课题。文章重点介绍了目前国外质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展情况。

空冷型质子交换膜燃料电池系统效率的实验研究

以空冷型质子交换膜燃料电池系统为研究对象,通过实验测试,获得了全功率下的系统效率。实验结果显示:在燃料电池系统全功率范围内,系统效率随系统功率变化呈现抛物线形状。随着系统功率提高,系统效率快速上升,达到最高效率后缓慢降低,然后基本趋于平缓。系统在额定功率下的效率约为47%,系统最高效率约为56%,出现在系统50%额定功率点附近。本文设计了一个双堆结构空冷型燃料电池系统。基本设计理念是燃料电池系统含有两个电堆,而且双堆串联进气即将前一个电堆的阳极尾端氢气,经过气水分离器后引入后一个电堆。实验结果显示:在相同排氢频率条件下,与相同单电池数量的单堆系统相比,双堆结构燃料电池系统发电性能基本没有变化,在高功率区间发电性能略有提升;双堆结构燃料电池系统效率有明显增加,系统最高效率达60.23%。在低功率发电区间,系统效率大概增加了2%~4%;在高功率发电区间,系统效率大概增加了约5%。该双堆结构燃料电池系统具有良好的实际应用价值。

车用质子交换膜燃料电池系统关机策略优化

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)的关机过程是影响其寿命和耐久性的关键因素,尤其对于车载燃料电池系统,关机后的放电和吹扫过程对其寿命的提高尤为重要。本文提出了两种不同的燃料电池系统关机策略,并对关机过程中的放电和吹扫条件参数进行优化,其目的是(1)缩短关机放电和吹扫时长;(2)减少开路电压(OCV)对电池性能的影响;(3)避免关机过程中氢气/氧气界面的形成对电池性能的影响。本文的研究结果确定了环境温度为36oC时燃料电池系统关机程序结束的判据,并且通过对空压机、节气门和水泵转速的优化,能够将关机时长减少。另外,本文比较了两种不同关机策略的优劣,为制定车载燃料电池系统的关机策略提供参考。