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加长加宽的PEMFC电堆应力分布一致性仿真与优化
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作者 张智明 黄刚强 +2 位作者 任辉 陈志浩 章桐 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期127-134,共8页
质子交换膜燃料电池可以通过扩大电堆的活性区域反应面积来获得更高的功率,但电堆反应面积扩大后,容易导致膜电极应力分布的不均匀性增加,从而引起燃料电池电化学性能的下降.为此,本研究设计了4种不同结构尺寸的燃料电池电堆,结合等效... 质子交换膜燃料电池可以通过扩大电堆的活性区域反应面积来获得更高的功率,但电堆反应面积扩大后,容易导致膜电极应力分布的不均匀性增加,从而引起燃料电池电化学性能的下降.为此,本研究设计了4种不同结构尺寸的燃料电池电堆,结合等效刚度模型法和有限元软件,分析了扩大反应面积的电堆结构对膜电极应力分布均匀性的影响,并进一步优化电堆内钢带的安装位置,以提升电堆内部接触压力分布均匀性.研究结果表明,膜电极接触压力分布的均匀性对反应区域宽度的变化较为敏感,当活性区域尺寸加宽,电堆内部活性区域的平均应力标准差增加了23.2%.而当活性区域加长,或同时加长和加宽时,相应增加一根捆扎钢带使电堆内部活性区域的平均应力标准差分别减小了8.6%和8.7%,表明适当增加捆扎钢带的数量可以提高电堆内部接触压力分布的均匀性.此外,钢带位置优化结果显示,电堆外侧钢带越靠近端板侧面时,电堆内部活性区域的应力分布越均匀. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 钢带捆扎 电堆放大 膜电极 压力分布一致性
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大功率PEMFC电堆维修后活化工艺研究
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作者 裴冯来 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第5期916-921,共6页
大功率质子交换膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC)的膜电极(membrane electrode assembly,MEA)对电堆性能有着重要影响。为了探讨大功率PEMFC电堆维修后的活化工艺及典型问题,综述了电堆的不同的MEA活化工艺,... 大功率质子交换膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC)的膜电极(membrane electrode assembly,MEA)对电堆性能有着重要影响。为了探讨大功率PEMFC电堆维修后的活化工艺及典型问题,综述了电堆的不同的MEA活化工艺,提出了电堆维修后的恒流自然活化、恒流强制活化和变流强制活化工艺,对电堆维修后的不同活化工艺进行了对比和分析。研究结果表明,将更换的MEA放置在电堆配气头侧,并采用变流强制活化可以快速活化电堆并提高性能。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 膜电极 电堆维修 活化工艺
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基于运行数据时空特征和Stacking集成学习的质子交换膜燃料电池故障诊断 被引量:2
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作者 袁铁江 郭泽林 方彤 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第14期5461-5470,共10页
为实现质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)故障诊断的快速性和准确性,提出基于运行数据时空特征和Stacking集成学习的故障诊断方法。首先,采用客观赋权法为反映PEMFC运行状态的电压、电流、温度和压力等变... 为实现质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)故障诊断的快速性和准确性,提出基于运行数据时空特征和Stacking集成学习的故障诊断方法。首先,采用客观赋权法为反映PEMFC运行状态的电压、电流、温度和压力等变量进行赋权,基于核主成分分析和长短时记忆神经网络提取其空间、时间特征,基于add思想融合空间、时间特征,构建时空特征集。然后,建立以卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、随机森林、K最近邻算法、极端梯度提升树(extreme gradient boosting,XGBoost)为基分类器,XGBoost为元分类器的Stacking集成学习框架,实现了对PEMFC系统正常、水淹、膜干和氢气泄漏四种运行状态的诊断。最后,算例结果表明,所构建的时空特征集在5种单一分类模型的平均诊断准确率为99.23%,相比空间特征集提升2.83%,在Stacking模型的诊断准确率为99.99%。同时,在满足相同损失函数的前提下,使CNN的运算时间减少28s。因此,所提方法能够实现对PEMFC系统故障的快速准确诊断。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 特征加权 时空特征 stacking集成学习 故障诊断
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Current status and challenges in PEMFC stacks,systems and commercialization 被引量:1
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作者 任远 曹广益 朱新坚 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期385-386,共2页
关键词 pemfcstacks SYSTEM COMMERCIALIZATION COST CHALLENGES
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氢气进气压力对空冷PEMFC性能的影响
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作者 张丽 石文荣 +3 位作者 梁琦 刘阳 夏中峰 郭振 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期4730-4738,共9页
空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有自增湿、质量轻、系统操作简单等特点,适合应用于无人机等领域。氢气进气压力是影响空冷型PEMFC电堆性能的一个重要因素。以1 kW阴极开放式空冷型PEMFC电堆为研究对象,对比了不同氢气进气压力对单... 空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有自增湿、质量轻、系统操作简单等特点,适合应用于无人机等领域。氢气进气压力是影响空冷型PEMFC电堆性能的一个重要因素。以1 kW阴极开放式空冷型PEMFC电堆为研究对象,对比了不同氢气进气压力对单片电池电压及其一致性、电堆输出电压、输出功率以及氢气利用率的影响。研究结果表明,氢气进气压力越高,单片电池电压、电堆输出电压和功率越高,大电流下单片电池电压的一致性越好;此外,本实验利用排水法收集阳极尾气并计算氢气利用率,氢气进气压力越高,系统氢气利用率越低。 展开更多
关键词 空冷电堆 进气压力 电池性能 氢气利用率
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洋葱碳基双极板制备及在PEMFCs中的应用
6
作者 陈柳玲 张卫珂 +3 位作者 张兰 梁转转 高博文 李琦旺 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第11期1989-1996,共8页
以甲烷为碳源,采用化学气相沉积(CVD)法制备了尺寸均匀(粒径在50~140 nm)的带有金属核心的纳米洋葱碳(CNOs)。通过微波加热对合成的CNOs进行纯化得到纯度为99%的洋葱碳材料,并作为双极板导电填料应用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)电堆... 以甲烷为碳源,采用化学气相沉积(CVD)法制备了尺寸均匀(粒径在50~140 nm)的带有金属核心的纳米洋葱碳(CNOs)。通过微波加热对合成的CNOs进行纯化得到纯度为99%的洋葱碳材料,并作为双极板导电填料应用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)电堆。通过CNOs的表征和分析表明,合成的CNOs中内嵌Fe-Ni纳米金属粒子。由接触角测试可知,注塑工艺制备的洋葱碳基双极板的润湿角低于91°,亲水性较商用石墨双极板有所改善,有利于电子的传输。经自呼吸电堆耐久性和功率测试发现,由洋葱碳基双极板组装的电堆在13.2 V下的输出功率达到58 W,比商业石墨双极板电堆输出功率(48 W)提高21%。研究证实洋葱碳基复合材料可以提高PEMFCs电堆的功率密度、效率及寿命。 展开更多
关键词 纳米洋葱碳 双极板 pemfc 输出功率 自呼吸电堆
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5kW氢空PEMFC的性能 被引量:3
7
作者 赵奕磊 毛宗强 +3 位作者 奚树人 王诚 吴中旺 包福毅 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期6-7,共2页
构建了5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,电堆工作温度范围为室温到80℃,工作压力为200kPa;研究了5kWPEMFC的性能特点。结果表明:PEMFC性能随着气体压力和电堆温度的升高而提高。当氢气流量为46L/min、空气流量为120L/min时,电池... 构建了5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,电堆工作温度范围为室温到80℃,工作压力为200kPa;研究了5kWPEMFC的性能特点。结果表明:PEMFC性能随着气体压力和电堆温度的升高而提高。当氢气流量为46L/min、空气流量为120L/min时,电池性能最好。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 燃料电池堆 实验
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千瓦级PEMFC电堆的研制
8
作者 王明华 朱新坚 +4 位作者 隋升 余晴春 范征宇 胡鸣若 曹广益 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期150-152,162,共4页
使用表面改性的金属铝板做双极板,成功组装了含30个质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电堆.H2、空气反应气均采用外增湿,使用循环冷却水排出电堆产生的热量.分别使用Nafion 115膜和John-Matthy Pt/C作为电解质和催化剂,其中Pt载量为0.4... 使用表面改性的金属铝板做双极板,成功组装了含30个质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电堆.H2、空气反应气均采用外增湿,使用循环冷却水排出电堆产生的热量.分别使用Nafion 115膜和John-Matthy Pt/C作为电解质和催化剂,其中Pt载量为0.4 mg/cm2.电堆工作温度为室温至100℃,H2与空气工作压力比为0.20 MPa/0.22 MPa,电堆输出功率为1~1.3 kW,输出电流为40~80 A,输出电压为26~20 V,电极工作电流密度为200~375 mA/cm2,电堆能量转化效率为51%. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 pemfc 电堆 能量转化效率 电流密度
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基于非线性补偿的PEMFC温度积分控制
9
作者 陈凤祥 王士嘉 高昆鹏 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2444-2447,共4页
基于非线性补偿技巧和平衡点线性化方法将PEMFC温度动态系统简化成线性系统。针对获得的受扰线性系统,采用前馈控制对电堆电流的扰动进行有效消除,再利用状态反馈技术进行系统的镇定。考虑到前馈+状态反馈并未能有效消除系统的稳态误差... 基于非线性补偿技巧和平衡点线性化方法将PEMFC温度动态系统简化成线性系统。针对获得的受扰线性系统,采用前馈控制对电堆电流的扰动进行有效消除,再利用状态反馈技术进行系统的镇定。考虑到前馈+状态反馈并未能有效消除系统的稳态误差,为此将积分控制融合到状态反馈控制器中,最终消除系统的稳态误差。最后,数值仿真结果亦表明了所提算法的有效性。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 电堆温度 非线性补偿 前馈 积分控制
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PEMFC用小型稳压变换器及其监控系统
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作者 汪殿龙 齐铂金 +1 位作者 任丽彬 刘志坚 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期212-213,共2页
设计了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用稳压变换器及其监控系统。采用Boost、Buck串联拓扑结构为稳压DC/DC变换器的主电路,对其工作原理进行了分析。介绍了监控系统的监控对象及其参数设定,研制出了样机。试验结果表明,该样机各项技术指标... 设计了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用稳压变换器及其监控系统。采用Boost、Buck串联拓扑结构为稳压DC/DC变换器的主电路,对其工作原理进行了分析。介绍了监控系统的监控对象及其参数设定,研制出了样机。试验结果表明,该样机各项技术指标均达到使用要求,工作稳定可靠。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 电堆 DC/DC变换器
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千瓦级风冷燃料电池堆性能的研究分析
11
作者 刘利娜 廖爱群 饶国燃 《环境技术》 2024年第5期147-151,156,共6页
风冷燃料电池较传统的质子交换膜燃料电池简化了冷却及供气系统,使其便携性能得到了极大的提高,但是对于风冷电堆的研究大部分趋向于小功率,本文设计、测试、研究了2kW的风冷燃料电池堆的性能,探究了实测风量和理论风量的关系,温度的分... 风冷燃料电池较传统的质子交换膜燃料电池简化了冷却及供气系统,使其便携性能得到了极大的提高,但是对于风冷电堆的研究大部分趋向于小功率,本文设计、测试、研究了2kW的风冷燃料电池堆的性能,探究了实测风量和理论风量的关系,温度的分布情况以及氢气进出方式对电堆性能的影响。研究结果表明:电堆的实际风量仅为最大风量的80%;电堆的温度分布不均匀,靠近双极板或者电堆中间部分的温度较高;此电堆单电池片数为68片,最大功率达到了1.92kW;单进单出相对于双进双出氢气进出方式,电堆功率相当,但是电压一致性更好。 展开更多
关键词 风冷燃料电池 风量 温度分布 气体流通方式
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基于最小二乘法的PEMFC电堆模型参数辨识 被引量:11
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作者 胡捷 苏建徽 +2 位作者 杜燕 汪海宁 施永 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1-4,共4页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的优化控制需要精确的电堆模型和参数。该文基于半经验机理模型,根据PEMFC电堆输出特性经验公式以及电化学、热力学原理建立电堆输出电压的机理模型,采用线性回归最小二乘法进行模型参数辨识。仿真实验辨... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的优化控制需要精确的电堆模型和参数。该文基于半经验机理模型,根据PEMFC电堆输出特性经验公式以及电化学、热力学原理建立电堆输出电压的机理模型,采用线性回归最小二乘法进行模型参数辨识。仿真实验辨识结果的误差分析表明,其电堆模型参数辨识精度满足控制要求,验证了所提方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 pemfc 最小二乘法 参数辨识 回归分析 燃料电池电堆模型
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动态工况条件下PEMFC电堆内的水热行为 被引量:4
13
作者 唐田 杨代军 +2 位作者 郑小亮 马建新 王海江 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期152-156,共5页
PEMFC的水热行为直接影响它的性能与寿命。用现场温度测量与流体力学计算(CFD)相结合的方法,研究了kW级PEMFC电堆内部在动态工况条件下的水热行为,发现MEA表面的温度和质子交换膜内水含量分布呈现区域差异性,且随动态工况周期或电流密... PEMFC的水热行为直接影响它的性能与寿命。用现场温度测量与流体力学计算(CFD)相结合的方法,研究了kW级PEMFC电堆内部在动态工况条件下的水热行为,发现MEA表面的温度和质子交换膜内水含量分布呈现区域差异性,且随动态工况周期或电流密度的变化而变化。这种水热行为容易造成MEA局部区域水热疲劳损伤,引起裂纹生成,导致催化层结构受到破坏及质子交换膜性能衰减。控制电堆内的水热行为,减少它对MEA的损害,将是提高PEMFC电堆耐久性的有效途径。 展开更多
关键词 pemfc电堆 动态工况 水热行为
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基于贝叶斯正则化BP神经网络的PEMFC电堆建模 被引量:8
14
作者 夏世远 苏建徽 +2 位作者 杜燕 汪海宁 施永 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第7期895-899,共5页
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电堆具有输入输出关系复杂、非线性强等特点,获得精确的电堆模型是PEMFC系统优化控制的基础。文章针对PEMFC电堆特点,提出一种改进BP(back propagation)神经网络的PEMFC... 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电堆具有输入输出关系复杂、非线性强等特点,获得精确的电堆模型是PEMFC系统优化控制的基础。文章针对PEMFC电堆特点,提出一种改进BP(back propagation)神经网络的PEMFC电堆建模方法。利用BP神经网络良好的非线性拟合特性,采用贝叶斯正则化算法改进BP神经网络,较好地解决了传统BP神经网络存在的高训练精度、低预测精度的过拟合问题。仿真结果表明,经过训练后的电堆模型,在精度和稳定性上具有一定的优势,即使在训练样本数量减少的情况下,依然可以保持良好的泛化能力和较高的稳定性。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 贝叶斯正则化 BP神经网络 电堆建模 泛化能力
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基于改进磷虾群算法优化Elman神经网络的PEMFC电堆建模 被引量:5
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作者 张莹 苏建徽 +2 位作者 汪海宁 杜燕 施永 《电测与仪表》 北大核心 2021年第3期23-27,共5页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的优化控制需要有精确的电堆模型。现有的基于Elman神经网络建立的PEMFC电堆模型已具有较好的精度,但是此种电堆模型仍然存在容易陷入局部极值、结果无法重现等问题。考虑可以将自适应莱维飞行和偏好随机... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的优化控制需要有精确的电堆模型。现有的基于Elman神经网络建立的PEMFC电堆模型已具有较好的精度,但是此种电堆模型仍然存在容易陷入局部极值、结果无法重现等问题。考虑可以将自适应莱维飞行和偏好随机游动两种机制引入基本磷虾群(Krill Herd,KH)算法,得到一种改进的磷虾群(Improved Krill Herd,IKH)算法用以优化神经网络的初始参数,进而建立基于IKH-Elman网络的PEMFC电堆模型。仿真结果表明,IKH算法用于优化神经网络可同时保证更高的寻优精度和更快的收敛速度;在预测的精度和稳定性上此种电堆模型也具有一定的优势。 展开更多
关键词 pemfc电堆模型 ELMAN神经网络 磷虾群算法 改进 自适应莱维飞行 偏好随机游动
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Recent progresses in H2-PEMFC at DICP 被引量:6
16
作者 Feng Xie Zhigang Shao +5 位作者 Ming Hou Hongmei Yu Wei Song Shucheng Sun Li Zhou Baolian Yi 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第9期129-140,共12页
Proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) as a power supply device has attracted wide attention in China and abroad for its advantages of high energy density, energy conversion efficiency and zero pollution.With the v... Proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) as a power supply device has attracted wide attention in China and abroad for its advantages of high energy density, energy conversion efficiency and zero pollution.With the vigorous support of China's national policy, research institutes and enterprises have carried out extensive and pragmatic work on the basic materials, key components, stacks, auxiliary systems of PEMFCs, as well as the hydrogen station construction in order to realize the wide application of hydrogen energy.PEMFC System and Engineering Research Center of DICP is one of the earliest players in the H2-PEMFCs field.Advances have been achieved in the fields of low-platinum contained catalysts,PEMs, high-efficiency MEAs, low-cost metal bipolar plates, low-temperature and impurity air environment adaptability, stacks and systems.This paper introduces recent progresses of H2-PEMFCs at DICP in key materials, components, stacks, systems and the applications.The engineering status of proton exchange membrane water electrolysis(PEMWE) and the alkaline anion exchange membrane fuel cells(AEMFCs)are also summarized. 展开更多
关键词 pemfc Catalysts MEAS Metal BIPOLAR PLATES Fuel cell stackS Low temperature STARTUP Durability Control strategy
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PEMFC歧管结构优化与流体分配均匀性研究 被引量:1
17
作者 向蔚 杨小凡 +2 位作者 贺鲁炎 杨小祥 詹志刚 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第10期1447-1450,共4页
由两个及两个以上PEM电堆利用歧管连接构成的电堆模块可以满足不同功率及电压等级需求,但歧管结构影响流体压降、电堆分配均匀性及输出一致性。基于多孔材料流体流动阻力特性,建立电堆压降简化模型,进而建立了歧管及电堆系统的流体压降... 由两个及两个以上PEM电堆利用歧管连接构成的电堆模块可以满足不同功率及电压等级需求,但歧管结构影响流体压降、电堆分配均匀性及输出一致性。基于多孔材料流体流动阻力特性,建立电堆压降简化模型,进而建立了歧管及电堆系统的流体压降及分配均匀性数学模型,基于此进行歧管结构与流体分配均匀性研究,模拟结果与实测结果吻合良好。研究方法与结论对电堆模块布置与歧管设计具有参考意义。 展开更多
关键词 pemfc 电堆模块 歧管 压降 均匀性
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人工神经网络法在PEMFC性能研究中的应用 被引量:1
18
作者 杨秋香 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1341-1344,共4页
对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)这种影响因素较多,各因素之间关系又非常复杂的数据处理问题,采用人工神经网络进行处理是一种较好的办法。利用人工神经网络对正交试验得到的燃料电池各运行参数的优选值进行训练,在被测燃料电池的全工况... 对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)这种影响因素较多,各因素之间关系又非常复杂的数据处理问题,采用人工神经网络进行处理是一种较好的办法。利用人工神经网络对正交试验得到的燃料电池各运行参数的优选值进行训练,在被测燃料电池的全工况范围内建立了一个优选运行参数的数学模型,利用该模型可以得到燃料电池任意工况点的优选运行参数值。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池发动机 电堆性能 人工神经网络
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变载速率对PEMFC电堆动态响应的影响 被引量:1
19
作者 张晓鹏 朴世文 +1 位作者 钟兵 温凯凯 《电池》 CAS 北大核心 2021年第6期568-571,共4页
对50 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在不同变载速率下的电压响应进行分析,将整个响应时间分为突变时间t_(1)和稳定时间t_(2)。随着加载速率的升高,电压响应的t_(1)缩短,t_(2)延长;而卸载速率对t_(1)和t_(2)的影响不明显。对变载过程... 对50 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在不同变载速率下的电压响应进行分析,将整个响应时间分为突变时间t_(1)和稳定时间t_(2)。随着加载速率的升高,电压响应的t_(1)缩短,t_(2)延长;而卸载速率对t_(1)和t_(2)的影响不明显。对变载过程中单体电池的电压一致性进行分析,发现随着加载速率的升高,瞬时单体电池的电压均方差(MSE)升高,单体电池的一致性变差;而卸载速率对单体电池的一致性影响不明显。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 燃料电池电堆 动态响应 单体电池 一致性
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PEMFC电堆简易模拟器
20
作者 雷枭 丁小松 刘柱龙 《环境技术》 2020年第3期122-125,共4页
当针对PEMFC电堆的能量转换及热特性,立足于PEMFC测试应用。采用电力电子技术实现动态电能及膜片电压生成;跟随物料平衡算法,可实时调节水、温及信号参量拟合,简述了一种PEMFC电堆简易模拟器实现。
关键词 pemfc 电堆 电力电子 模拟
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