燃料电池发动机水热管理系统设计研究

介绍了质子交换膜燃料电池的工作原理与特点,分析了保持燃料电池内部水平衡和热平衡的必要性,根据东风电动汽车有限公司25kW燃料电池发动机的设计参数,计算出空气和氢气的加湿量及电堆的散热量,设计出了一套有效的燃料电池发动机水热管理系统方案。     

质子交换膜燃料电池阳极燃料循环方法

燃料电池发动机系统包括三个子系统:空气供给子系统、燃料供给子系统、水热管理子系统.目前常用的燃料供给系统存在着不同程度的缺点,如氢气利用率低、耗能量大、使用范围小等.将喷射器和离心风机集成应用于燃料电池阳极燃料循环系统,可以使氢气循环比大致恒定接近于1,提高燃料利用率、使氢气在燃料电池阳极分配均匀、耗能较小,使燃料电池阳极系统稳定运行,而且延长质子交换膜燃料电池寿命.     

氢气催化氧化法冷启动对PEMFC电堆衰减的影响

利用氢气催化氧化法对质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆进行-32°C的低温启动,结果表明在经过10次冷启动后,电堆整体输出性能没有明显衰减.然而通过对该短堆进行解析发现膜电极组件(MEA)存在局部衰减,主要是电堆出口和入口处对应区域的MEA发生了衰减,其中出口处的衰减更为明显.通过对电堆入口、中间和出口区域的电极进行循环伏安、电化学阻抗和线性扫描伏安测试,结果表明:入口处的电极衰减主要来自于催化剂的团聚或者流失以及水结冰导致的膜的氢气透过性增加;出口处的电极衰减主要来自于催化剂的团聚或者流失.     

车用燃料电池热管理系统模型研究

车用燃料电池系统发电的同时释放大量热量,必须构建适合的热管理系统以确保系统性能和可靠性。在分析车用燃料电池热管理系统工作原理基础上,建立了面向控制的计及电堆、空气冷却器、氢气热交换器、旁路阀、散热片和冷却水循环泵模型的燃料电池热管理系统模型,并通过仿真实验研究了电堆电流、冷却液流速、散热片表面风速、旁路阀开度与燃料电池温度的关系;讨论了它们对空气冷却器、氢气热交换器、电堆及散热器入口与出口温度差的影响。模拟结果可以为燃料电池热管理控制系统设计提供指导和帮助。     

质子交换膜燃料电池电堆操作条件的评估

描述质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的测试方法,用于评估电堆操作条件设定的合理性.测试方法包含活化、极化曲线测试、操作条件的敏感性测试(氢气/空气流量、氢气/空气相对湿度、电堆温度和反应气体压力等)和稳定性测试等.用该测试方法对一套30 kW大功率电堆进行有效性验证,得出电堆温度60℃、空气计量比2.5等参数是比较合适的操作条件.     

PEMFC不同冷起动方法的仿真研究

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷起动的瞬态集总参数模型,并在Matlab/Simulink平台上建立了相应的仿真模型.采用不同的加热方法使电堆达到冷起动的要求,并对电堆的冷起动特性进行仿真分析,得到电堆不同加热方法的内部温度分布规律,为确定电堆冷起动的方案提供理论依据.     

质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究

对5 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压一电流特性、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.     

基于LabVIEW的PEMFC特性研究

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢气流量、氢气压力、环境温度等参数对电堆的发电性能影响较大。首先通过实验研究了电堆最佳工作温度的确定方法和输出电压特性,其次采用了一种广义多项式拟合方法获得了它们的描述公式,最后基于LabVIEW设计了电堆温度和输出电压的特性研究软件,软件仿真结果与实验数据拟合精度较高,为研究PEMFC系统提供了一种切实有效的方法。     

PEMFC气体流道中多孔介质的应用

为了使质子交换膜燃料电池(PEMFC)反应气体在气体流道(GFC)与脊岸区域中均匀分布,从而提高氢气利用率,改善电堆输出性能,利用COMSOL multiphysics建立PEMFC三维单流道模型,将多孔介质布置在GFC中,并提出了两种多孔介质的布置方案,与传统没有GFC多孔介质的方案进行比较,结果表明,新提出的两种方案较传统电堆气体分布更加均匀、拥有更大的压降,并将最佳工况点的功率密度提高了36%。     

5kW氢空PEMFC的性能

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5 kW PEMFC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46 L/min、空气流量为120 L/min时,电池性能最好.