模拟车用工况下PEMFC寿命测试及分析

寿命是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)在车用领域实现商业化应用的重要障碍之一。根据普通乘用车在城市运行的功率输出数据,制定了模拟车用工况,采用此工况对燃料电池进行了1 000 h单电池寿命测试,并通过极化曲线、渗氢电流、循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)等方法对燃料电池性能进行在线测试和分析。测试结果表明,在此模拟车用工况下,衰减速度为15.7μV/h(800 m A/cm2),单电池经过1 000次工况循环后,膜电极组件(MEA)渗氢电流无明显变化,电化学比表面积(ECA)衰减幅度为34.14%。     

质子交换膜燃料电池耐久性评价方法

耐久性是阻碍质子交换膜燃料电池发展的重要原因。介绍了美国能源部与日本燃料电池商业化推进协会的加速测试方法,对两种测试方法的测试特点、适用范围等方面进行了分析,包括湿度循环、负载循环、启停循环、开路电压等工况下性能衰减的机理及主要材料的腐蚀特点。总结了提高燃料电池耐久性的方法和测试手段的进展。     

计及老化路径的锂离子电池加速寿命工况自动生成方法

为了验证锂离子电池在长期使用中的性能,需要对锂离子电池进行寿命测试。现阶段锂离子电池寿命一般长达数千循环,进行常规寿命测试十分耗时,需要开发加速寿命的实验方法。由于锂离子电池寿命衰减具有对使用路径的依赖性,因此设计该加速寿命实验方法的约束是：既要保证加速前后总容量衰减的等价性,还要保证内部衰减机理即老化路径的不变性。该文提出一套基于模型的可保证上述约束的加速寿命工况自动生成方法。方法设计了综合考虑加速因子（加速时间倍率）和老化路径相对误差两个指标的目标函数,并采用双闭环构架求取符合该目标函数的加速工况最优解。双闭环的外环为加速因子优化算法,旨在寻找最优的加速时间倍率;内环为加速工况搜索算法,旨在搜索对应于加速因子和上述约束的最优加速工况。针对中国轻型汽车行驶工况中的乘用车行驶工况,该文方法基于作者研发的考虑锂离子电池主导衰减机理的半经验分数阶模型进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性。     

多物理域质子交换膜燃料电池建模仿真及实验测试

燃料电池及其应用近些年逐渐成为研究热点,对于系统级的燃料电池运行工况分析及设计,底层的燃料电池本体模型显得至关重要。相比于已有的传统经验模型,重点提出了一种一般性的多物理域燃料电池分析模型,并从电化学域、流体力学域以及热力学动态域对质子交换膜燃料电池进行了精确建模。所提出的框架性建模方法可以适用于不同型号的质子交换膜燃料电池,同时也可以进一步拓展并应用于不同种类的燃料电池。随后以Ballard NEXA 1.2 kW质子交换膜燃料电池为例,对模型在不同工况下进行了仿真,并通过实验测试验证了所提出模型的有效性和准确性。在此基础上,可以展开相应的控制策略及电池本体运行分析,从而提升燃料电池系统的运行性能和工作寿命。     

基于模糊的氢燃料电池时序采样能量控制方法

氢燃料电池汽车的能量管理系统对燃料电池寿命、耐久、经济性等性能起着重要作用。 在对经典模糊控制策略的改进 基础上,解决控制策略存在的燃料电池输出功率变载频繁的问题,以时序规则进行优化设计,根据燃料电池运行特性、工作效率 点以及道路工况具备的特点提出了一种基于时序周期采样的控制策略,通过对车辆搭载燃料电池和动力电池输出功率的控制, 完成能量管理策略优化。 针对一款实际运营的燃料电池公交车在等速工况和中国典型城市公交循环工况下,使用不同控制策 略时的氢耗、燃料电池输出功率状态、动力电池荷电状态变化等数据进行分析,发现设计的控制策略能有效降低燃料电池变载 次数,提高燃料电池使用寿命,在氢耗方面比功率跟随策略、开关控制策略有明显优势,在初始动力电池荷电状态为 60%条件 下,后两者策略氢耗分别增加了 3. 98%和 27. 88%。     

后处理温度对PEMFC电极耐久性的影响

通过于140、160、180、200、220℃在氮气保护下恒温加热的电极与对比电极相比,Pt粒径大小相近。采用电化学方法考察了它们的电化学性能以及电化学寿命。通过燃料电池测试平台测试了它们的单电池性能。结果表明,在相同的条件下,经氮气保护恒温加热的电极具有更好的电化学寿命,且随加热温度升高电化学寿命增长。而在180℃加热的电极不仅具有更均匀的分布,更好的电化学性能以及单电池性能,而且其电化学寿命也有明显的提高。     

多功能燃料电池测试平台的研究与开发

燃料电池测试平台是燃料电池系统开发过程中的关键测试设备,用于实现燃料电池的性能测试、寿命评估和理论基础研究。本文从系统设计、安全设计、工业设计和控制设计4个方面详细讨论了多功能燃料电池测试平台的总体设计思想。阐述了燃料电池测试平台中反应气体供给系统、加湿系统、氮气供应系统、循环冷却水系统、废气排放系统和电控系统的实施方案。基于系统设计和化工流程优化等方面提出的创新,开发出新一代美观、实用、安全的多功能燃料电池测试平台。     

燃料电池耐久性优化方法研究

耐久性无疑是考量燃料电池工作性能的重要技术指标。本文介绍了目前燃料电池耐久测试的技术方法,分析了燃料电池耐久性的影响因素(燃料电池系统本体老化的影响和外部环境的影响),提出了从运行工况优化、系统控制策略优化两个方面改善燃料电池系统耐久性的实施路径,为燃料电池系统耐久性的提高提供了改进思路。     

基于NEDC工况的动力电池使用寿命测试方法研究

针对目前动力电池的循环寿命测试方法和电动汽车用动力电池的行驶里程无法对应的问题,在电动汽车的实际使用工况统计数据的基础上,结合NEDC工况,设计了基于NEDC工况下的动力电池寿命测试方法。通过实验测试发现,该测试方法可以较为准确地反映动力电池在电动汽车上的行驶里程,对于评价动力电池在电动汽车上的应用性能具有很好的参考性。     

风冷冰箱实际工况及该工况下压缩机效率提升的研究与应用

压缩机是冰箱的核心零部件,压缩机性能是影响冰箱能耗的重要因素.按照规定的试验和数据处理方法研究风冷冰箱实际运行情况下的制冷系统工况,研究发现实际工况较标准工况压缩机负载减少.按实际工况指导压缩机性能设计,并测试优化后的压缩机性能:在标况条件下单机性能下降,但在规定的冰箱实际工况条件下单机性能提升0.5％～4％,选定的整机样品能耗可降低2.2％.     

燃料电池电动汽车能量管理系统最优控制策略研究

燃料电池电动汽车复杂多变的行驶工况下极易产生大电流脉冲,负载的变化给燃料电池带来极大的影响。针对燃料电池低电压、大电流的输出特性,在燃料电池电动汽车动力系统结构基础上,采用动态规划算法来管理能量的最优分配,在MATLAB/Simulink建模仿真平台搭建完整的能量管理策略模型,并在WLTC循环工况进行仿真试验,结果表明,采用动态规划算法能够延缓燃料的过度消耗,在动力电池SOC由45.6%回升到48.3%阶段,燃料电池能够稳定地输出能量,并且不断优化整车的能量分配。     

PEM燃料电池性能损耗的多场耦合仿真分析

燃料电池性能受到诸多因素的影响,涉及到温度、湿度、力和电化学等多种物理场,其性能损耗是多物理场耦合作用的结果,而目前大多数的仿真研究没有全面考虑这些因素,并不能准确反映PEM燃料电池实际工作条件下的性能。基于有限元理论,建立质子交换膜燃料电池性能的多物理场模型,同时考虑装配紧固力对燃料电池的变形影响,模拟了在不同装配紧固力下燃料电池电流密度分布、内部气体压力及水分布情况,分析装配紧固力对燃料电池性能的影响及燃料电池变形后接触电阻的变化,为今后PEM燃料电池多场耦合模型的性能影响参数优化研究提供基础。     

考虑坡度工况的FCHEV队列分层优化控制策略研究

在面对坡度工况时，如何开发同时兼顾车辆间协同控制与能耗经济性的控制策略是提高交通效率与发挥车辆节能潜力的关键技术之一。以燃料电池混合动力汽车队列为研究对象，以安全行驶及优化能耗为目标，提出了一种基于改进粒子群优化算法与Q学习的燃料电池混合动力汽车队列分层优化控制策略。该策略中上层控制器在保证满足与前车距离或速度限制等安全约束的前提下，利用改进的粒子群优化算法获取节能速度轨迹，并使用模型预测控制框架实时调整主车速度遵循节能速度轨迹行驶。下层控制器根据上层求解的车速和需求功率等信息建立Q学习控制器，实现燃料电池混合动力汽车动力电池与燃料电池之间的最优能量分配。仿真结果表明，本文所提出的分层控制策略在坡度工况下，表现出良好的跟踪性能和安全性能，且优化结果与动态规划策略相似，表明该策略的能耗经济性及可行性。     

基于Nelder-Mead优化的PEMFC三阶RQ等效电路参数辨识研究

精确、有效的燃料电池等效电路有助于分析燃料电池内部工作情况,确保燃料电池系统稳定可靠地运行。针对燃料电池内部工作状态无法使用传感器精确监测的问题,提出了基于Nelder-Mead优化算法的PEMFC 3阶RQ等效电路参数辨识方法 ,根据电池工作原理建立3阶RQ非线性等效电路模型,将模型参数与实际物理意义相结合建立复数域下的实部、虚部加权目标函数,最后在电化学交流阻抗谱实验的基础上进行参数辨识研究。研究结果表明:在相同初始条件下,Nelder-Mead优化算法在精度、速度上与最小二乘法相当,但抗干扰能力更强;与遗传算法相比,精度相当但速度更高,可以用于燃料电池的在线参数辨识。     

车用燃料电池氢气循环系统引射特性研究

燃料电池电动汽车是新能源汽车的重要发展方向,燃料电池作为整车的核心能量单元,其工作性能直接影响车辆经济性、动力性及可靠性。氢气循环系统中,引射器是燃料电池的重要功能元件,文中首先基于索科洛夫设计法对引射器进行结构设计与建模,然后开展了引射流体的流场分析,最后基于分析结果探究了引射性能的关键影响因素。结果表明,在不同压力工况下,引射系数与工作流体入口直径呈抛物线趋势,引射系数与引射流体入口直径正相关,引射系数随混合流体出口直径的增加呈现先增后减的趋势。基于上述影响规律对引射系数进行优化,可使引射器回氢性能提高13.55%,改善了燃料电池的氢气利用率,进一步完善了引射器结构优化与引射特性研究。     

质子交换膜燃料电池燃料饥饿现象

燃料饥饿的发生,将加速质子交换膜燃料电池(PEMFC)的衰减,降低电池的寿命。在燃料饥饿条件下,采用分式结构电池,对其电压、电极电势、电流分布及局部界面电势随时间的响应情况进行了在线测量。实验结果表明在燃料饥饿条件下,电池阳极侧出现"真空效应",公用管路内燃料气被倒吸进电池阳极,延缓了电池的死亡。公用管路内气体氢浓度越低,电池衰减越快。在此过程中,电池阳极中间区域局部界面电势首先上升,相应的阳极电势也逐渐升高;同时,电池中间区域电流下降,电流分布差异增大,阴极极化增大,电势相应下降。这表明电池运行过程中,气体中所含杂质在电池阳极的积累,使得电池阳极腔内氢气浓度逐渐下降并最终引起电池死亡。     

F级单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组的蒸汽冲管方法

比较了我国目前单轴联合循环蒸汽冲管的3种方法;着重介绍了F级燃气-蒸汽联合循环机组在燃气轮机空载不并网的情况下对机组受热面及管路进行蒸汽吹扫工作,根据实际情况制定了合理的冲管方案,确保了方案的顺利实施,并缩短了工期。     

基于CPLD的汽车喷油量控制与研究

随着人民收入水平的提高,国内的汽车数量急据增多,有关汽车的动力问题成为汽车的生产与改装领域里的一个重要问题。针对这一现状,本文对汽车的喷油系统进行了研究,并分析了汽车动力与喷油量的关系。然后分析了汽缸压缩比与汽车动力之间的关系,得到了ECU（electronic control unit）产生的脉宽与喷油量的关系及其计算方法,最后设计了一款基于CPLD的汽车喷油量控制系统,该系统通过控制喷油脉宽的宽度来控制汽车喷油量。实验证明该系统能够很好地控制喷油量,可以满足实际需要。     

Evaluation of Locomotive Cable Insulation Life Under Varying Temperature Loading

A method is described for evaluating the life of cable insulation subjected to the varying temperature and time electrical service conditions of a locomotive. This type of evaluation becomes more important as the current ratings of higher fuel efficiency locomotives are increased, subjecting cable insulation materials to higher operating temperatures. Insulations evaluated by this proposed technique are first tested at several elevated constant temperatures to determine their thermal aging characteristics. Based on the material performance data, the insulation life consumed by the thermal stresses imposed by the locomotive duty cycle is calculated. This method can be readily applied to measure the effects of temperature cycles on cable life, objectively compare the performance of different insulations, and assess the design margin of locomotive cables. It may also be used to establish Association of American Railroads (AAR) specification requirements for thermal aging tests based on the conditions of actual field application. A method for evaluating cable life through testing and duty cycle analysis has been developed and verified by examination of cables in service. A new high performance insulation developed by the General Electric Wire and Cable Business Department is shown to offer reliable service life under the varied and demanding operating conditions of today's higher performance locomotives.