车用质子交换膜燃料电池低铂化展望及应用

质子交换膜燃料电池作为氢能产业应用的核心产品,具有能量转换效率高、零排放、无污染等特点,是车用领域的重要动力来源之一。然而,高昂的成本限制了车用质子交换膜燃料电池的大规模应用及推广。低铂化膜电极技术的开发是提高其价格竞争力的重要手段,但低铂化过程中面临的严重传质和寿命问题急需解决。总结了低铂化膜电极技术的研究进展及现有技术的不足,并展望了未来的发展趋势,可为车用质子交换膜燃料电池的低铂化膜电极技术开发提供参考。

车用质子交换膜燃料电池膜电极边框研究进展

膜电极边框是膜电极的重要组成部分,随着燃料电池的发展,膜电极边框也越来越受到重视。对目前边框应用的材料进行了总结,将膜电极边框的结构按照使用边框的层数进行了分类,阐述了每种边框结构的封装方式。对边框测试方法进行了综述,对比了不同边框材料的物理性能,分析目前聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)材料成为主流的原因,并对边框不同胶层的耐久性做了试验。试验结果表明,压敏胶层的耐久性能更好。

车用质子交换膜燃料电池膜电极关键材料与结构设计进展

各国氢燃料电池汽车已逐渐开始商用,但是氢燃料电池成本高、寿命差等问题仍未解决。从材料与结构出发,重点阐述了膜电极关键材料性能要求、研究进展、模拟仿真和重点企业方面内容。研究结果表明超薄高温低湿质子交换膜、高稳定性低铂催化剂以及高透氧离聚物能有效改善燃料电池膜电极的性能,并在当前实践中得到了应用。同时,在总结现阶段氢燃料电池膜电极研究进展的基础上,指出当前膜电极研究中的发展趋势和不足,并为膜电极产品开发和产业化提出了新的发展思路。

车用质子交换膜燃料电池水分布分析

对车用质子交换膜燃料电池进行水管理能够提高电池的性能,对于氢燃料电池车的推广具有重要意义。了解质子交换膜燃料电池中水浓度分布的规律是对电池进行水管理的基础,文章对电池工作温度及放电电压对水浓度分布的影响进行了探究,首先依托COMSOL Multiphysics搭建直流道质子交换膜燃料电池单体模型;其次分别改变单体电池模型的工作温度以及放电电压,对模型进行仿真计算,得到不同电池工作温度及放电电压下电池中水分布的规律。结果表明,随着温度的升高,质子交换膜表面的含水量下降;放电电压升高时,质子交换膜表面的水含量大幅下降。在实际应用中,应在适宜范围内尽量提高电池的工作温度,综合考虑电池性能问题,采用较低的工作电压,这有利于保持电池内部的水平衡。

应用LADRC的车用质子交换膜燃料电池温湿度控制优化研究

针对质子交换膜燃料电池在功率发生变化时水热管理系统不稳定和电堆进出口冷却液温差大等问题,通过LMS AMESim仿真平台建立了考虑整车功率变化以及驾驶员需求等影响因素的质子交换膜燃料电池水热管理系统模型。使用Matlab-Simulink搭建了线性自抗扰(LADRC)控制算法与比例积分微分(PID)控制算法,对冷却水泵以及湿度调节器进行控制,稳定电堆的温湿度,并进行联合仿真分析,比较了两者在新欧洲驾驶循环(NEDC)工况下的控制效果。结果表明:水热管理系统可以在NEDC工况下保持燃料电池电堆温湿度均在适宜工作区间,且LADRC性能相较PID更为优秀,电堆进出口处冷却液最大温差约为5℃,电堆的输出电压平均提高2.08%,可为质子交换膜燃料电池水热管理研究试验提供一定的依据和指导。

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。

汽车用质子交换膜燃料电池性能实验研究

对可用于汽车动力源的氢氧质子交换膜燃料电池的性能进行了实验研究 ;通过测定电压—电流密度曲线等方法研究了质子交换膜燃料电池的性能特点以及电池温度对电池性能的影响 ;

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。

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。

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

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.

车用质子交换膜燃料电池典型工况的试验研究

针对发动机的典型工况,对车用低压燃料电池堆性能的影响因素进行了试验研究。怠速工况主要研究不同进气湿度、不同空气过量系数及不同进气压力对电堆性能的影响;额定工况主要研究过饱和增湿下积水对电堆性能的影响。结果表明:适当的过饱和增湿以及增加电堆的进气压力能改善电堆的怠速性能;在高负荷高湿度的情况下,电堆内部存在积水现象,影响电堆单片电压的一致性。

车用质子交换膜燃料电池空气供应系统自适应解耦控制方法研究

当空压机性能发生衰减或静态特性发生变化时,采用前馈补偿解耦闭环控制算法对车用质子交换膜燃料电池空气供应系统基于该算法进行控制的品质会变差。为此本文在前馈补偿解耦闭环控制的基础上增加了自适应查表算法,以期提高空压机转速调节能力。硬件在环仿真结果表明,改进后的自适应解耦控制算法可在线和自适应地更新空压机转速标定表,从而有效消除PI调节器积分饱和现象,使空压机响应速度更快,入堆空气流量的控制效果更好。

车用质子交换膜燃料电池低温起动研究进展

燃料电池系统不能在零摄氏度以下的环境中正常起动是阻碍燃料电池汽车商业化的主要障碍之一。对国内外质子交换膜燃料电池低温起动的研究进展做了概括。介绍了低温环境对燃料电池的使用以及对零部件和膜电极(MEA)的影响。介绍了燃料电池低温起动仿真研究使用的主要物理模型。对已经获得专利的燃料电池低温起动策略和方法做了分类,并比较了不同起动策略的优点和缺点。提出了未来燃料电池低温起动研究的方向和重点。

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。

车用质子交换膜燃料电池电堆保温仿真研究

建立10 k W燃料电池电堆有限元的简化仿真模型。未采取保温措施时,在-20、-10和15℃的环境温度下,电堆从80℃降低到0℃所用的时间分别为3.0、4.0和8.0 h;用20 mm厚的聚苯乙烯在-20℃环境中对电堆进行保温,电堆从80℃降低到0℃需要26.3 h,电堆内部温差约为2℃,热流在电堆的四个面均匀分布;用20 mm厚的VIP(真空绝缘板)在-20℃环境中对电堆进行保温,电堆从80℃降低到0℃需要34.8 h。因此,用20 mm厚的聚苯乙烯或VIP在-10和-20℃的环境下对燃料电池发动机的电堆进行保温,可满足燃料电池汽车冬季上下班运行的需求。

车用质子交换膜燃料电池动态建模与仿真分析

基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作机理的分析,考察工作过程中影响其输出特性的5个主要因素(包括理想电动势、欧姆极化电压、活化极化电压、浓度差极化电压和辅助系统电压),建立了PEMFC的动态数学模型,利用Matlab/Simulink仿真平台对该模型进行了仿真,结果表明,模型输出能有效反映PEMFC的电压输出特性,为PEMFC控制系统的开发奠定了基础。

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。

车用质子交换膜燃料电池发动机系统控制技术现状研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高能量密度、工作温度低、无污染排放、结构紧凑等优点被公认为发展前景最好的汽车动力源之一,对车用(PEMFC)发动机系统的氢气/空气供给系统、水/热管理系统、安全系统、压力,温湿度控制系统的技术现状进行了系统分析,对PEMFC发动机的控制理论,如模糊控制、预测控制与应用技术发展方向进行了研究。

一种车用质子交换膜燃料电池管理系统设计

基于Microchip公司的高性能数字信号控制器dsPIC30F6014A,完成了一种车用质子交换膜燃料电池管理系统的单膜电压检测单元CVU和电堆主控单元FCU的软硬件设计,开发了基于C语言的膜电极电压采集程序和管理系统主控程序,并且用样机验证了设计。