电堆
- 氢燃料电池热管理系统仿真分析
系统仿真模型，以电堆和中冷器的产热为输入条件，电堆的入口温度和进出口温差为评价指标。首先对额定工况点进行仿真计算，得到在额定工况下的电堆入口温度为72.8 ℃，出口温度为79.1 ℃，温差为6.3 ℃，水泵、散热器等部件能够满足散热需求。然后进行全功率仿真分析，得到水泵、风扇、节温器能够很好的响应温度的变化，并且随着产热的增加，使得电堆的入口温度维持在75 ℃以内，温差维持在8 ℃以内，满足电堆的温控要求。燃料电池系统；热管理；AMESim软件；仿真分析；
汽车实用技术 2023年20期2023-11-08
- 甲烷水蒸气重整与微管固体氧化物燃料电池电堆耦合性研究
需贵金属催化剂，电堆余热价值高，发电效率高等优点，非常适用于热电联产、主（备）电站、分布式发电等应用场景。目前研制开发的SOFC 结构主要有平板式和管式两种，其中管式SOFC 具有易密封、性能稳定等突出优点，受到研究机构和产业界的青睐[1-2]。SOFC 可用气体碳氢燃料（天然气、丙烷等）作为其发电燃料，通过将气体碳氢燃料重整成合成气，通入SOFC 电堆发电。目前碳氢燃料重整与SOFC 电堆耦合的方式主要分为内重整和外重整两种。内重整是将催化重整集于SOF
浙江化工 2023年9期2023-10-12
- 气体扩散层分层设计对PEMFC电堆性能影响研究
系统模型，分析了电堆出水温度在不同工况下的影响因素，为整车开发过程燃料电池电堆热管理改善提供了参考。Zhang 等［2］提出了一种全尺寸三维的风冷电堆模型，研究发现增加冷却气流流量可以改善温度和反应物分布的均匀性。Zhang 等［3］讨论了气体扩散层孔隙率从0.2 增大到0.6 时对氧气不均匀性和电流密度的影响。Zhang 等［4］建立了大尺寸的带有金属极板的6 层短电堆模型，研究了电堆内部反应物和温度的均匀性。Chen等［5］建立了预测电堆寿命的退化模型
汽车工程 2023年9期2023-10-12
- 空冷型质子交换膜燃料电池阴极供气模式研究
]。研究人员针对电堆阴极风机系统开展了一系列研究。朱星光等[5]通过实验测量了“吹气”和“吸气”供气模式下电堆出口的速度分布规律,得出风机在吸气模式下气体分布更加均匀,电堆展现出了较好的温度分布均匀性,这将有利于燃料电池内部的化学反应的发生和电池长期稳定运行,肖燕等[7]对供气模式进行了进一步研究,研究表明采用“吹气”和“吸气”的耦合的工作模式可降低电堆阴极流道进出口温度梯度,从而改善电池的输出性能。Song等[7]提出在低功率范围内,空冷型PEMFC存在
重庆理工大学学报(自然科学) 2023年8期2023-09-14
- 车用燃料电池技术分析
氢气供应系统 电堆中图分类号：TP393 文献标识码：AAnalysis of Fuel Cell Technology for VehiclesJIANG Daqian（North China Electric Power University， Beijing， 100096 China）Abstract： In recent years， with the continuous research and development of scie
科技资讯 2023年9期2023-06-09
- 质子交换膜燃料电池电堆封装设计综述*
点。PEMFC 电堆通常是将几十甚至上百片电池单体封装在一起，以满足整车行驶的功率要求。电堆的封装设计通常会受到温度交变、振动冲击和电化学反应的诸多因素影响，其在电堆性能、可靠性、装配效率及成本方面的优化发挥着重要作用。本文主要依据国内外领先机构和主机厂在PEM⁃FC电堆封装领域的研究成果，综述了电堆封装的设计目标、电堆等效刚度力学模型、电堆封装力计算方法以及电堆封装结构设计方法，并对PEMFC 电堆封装技术进行了总结和展望。1 电堆封装设计要求PEMFC
汽车文摘 2023年4期2023-04-11
- 基于交流阻抗技术的燃料电池状态分析
广阶段。燃料电池电堆的输出性能与其内部的状态息息相关，通过水热管理策略的调整，可以使其内部处于一种较理想的反应环境。在车用发动机使用环境下，可在线监测电堆内部状态的手段目前主要以单片电压、总电压和总电流为主，但这些参数信息并不能完整准确反馈电堆内部的状态。通过使用电化学阻抗谱法(EIS 法)，对电堆内部各频率点的交流阻抗进行测量可以准确得到电堆电极上的反应信息。然而使用该方法想获得完整电化学阻抗谱，测试时间较长，阻抗参数拟合过程繁琐，并不适合在线实时测试。
电源技术 2022年12期2023-01-07
- 热再生氨基液流电池电堆模型建立及性能分析
再生氨基液流电池电堆模型建立及性能分析舒歌群，杨 爽，王伟光，霍东兴，田 华(天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072）热再生氨基液流电池；电堆；传输延时；系统设计；运行条件在能源危机持续蔓延的今天，包括电厂、石油化工、交通运输等在内的许多领域每天都会消耗大量的能量，而在这个过程中，只有少部分能量被利用，其余绝大部分能量都被损失掉，而在损失的这部分能量当中，又有很大一部分是低温余热能(温度＜130℃)[1-4]．许多研究人员探索了大量回收低品
天津大学学报(自然科学与工程技术版) 2022年12期2022-10-31
- 高温质子交换膜燃料电池电堆稳定性分析与优化
T-PEMFC 电堆的耐久性分析提供了详细的数据。Kim等利用甲基酚醛树脂和连续碳纤维开发了一种复合双极板，有助于提升HT-PEMFC 的性能与寿命。Taccani 等实验研究了3 种几何形状的流道对HT-PEMFC 单电池性能的影响，结果表明，蛇形流道的单电池性能与寿命更优异。在操作条件对寿命的影响方面，Sobi等分别研究了在不同电流密度和操作温度下水蒸气和甲醇含量对HT-PEMFC 性能衰减速率的影响，确定了HT-PEMFC 与重整甲醇耦合的最佳电流密
化工进展 2022年10期2022-10-30
- 70 kW燃料电池热电联产系统水热管理研究
些热量，不仅会对电堆性能造成伤害，还会造成严重的能量浪费[5]。基于PEMFC搭建热电联产（combined heat and power, CHP）系统，可以保证燃料电池的输出长时间保持在较高水平，且在延长电堆的寿命的同时，回收大量热能，提升能源利用率[6]。当前，质子交换膜燃料电池及其热电联产系统的研究越来越受到关注，对燃料电池进行建模仿真分析，是为了对其性能进行预测研究。文献[7-8]根据质子交换膜燃料电池稳态状态下的实验数据，建立了一套完整的燃料电
智能电网 2022年5期2022-10-08
- 多堆燃料电池系统温度模型预测控制
单个PEMFC 电堆分成多个模块，提高了系统的容错率。Marx 等［6］对MFCS结构的研究结果表明，MFCS 的输出性能和寿命等与MFCS 结构具有一定的关联。Long 等［7］研究发现，MFCS 并联结构有利于温度控制。戴丽君［8］和马天才等［9］针对MFCS热管理问题设计了系统的管理方案以及零部件应用方案。不论是单堆PEMFC系统还是MFCS，其涉及的电化学反应区域都需要具备合适的温度条件［10-11］，这对燃料电池的催化剂活性、质子交换膜含水量、电
同济大学学报（自然科学版） 2022年9期2022-10-08
- 面向调频应用的扁管式可逆固体氧化物电堆控制特性分析
而，单电池集成为电堆后，多电池、多流道、多空间等特性的介入，将会使电池、电堆之间的电化学、传质的特性出现显著差异，对应单电池的研究无法为真实电堆在调频场景下的控制应用提供有效支撑，需针对电堆层级进一步测试验证其调频应用的可行性。同时，电堆以及周边环境（热箱）热容的增加，将进一步扩大单电池与电堆之间热动态管控的差异，需要研究人员进一步开展温度闭环下的动态分析研究。灵活性基础上，长期运行可靠性、长寿命是RSOC辅助电力调频商业化不可忽略的影响因素，与电堆的材料
智能电网 2022年5期2022-10-08
- 考虑燃料电池老化的多堆自适应功率分配方法
料电池（后文简称电堆）老化问题.大部分关于MFCS的研究都是基于电堆的性能不发生退化且均为同种类型的假设下进行实验验证的，但实际上电堆会在长期运行环境中受到如操作环境、负载、电堆运行参数等因素的影响造成电堆催化剂活性面积减小、膜电极阻抗增大等[11].因此，采用有效的控制策略抑制老化加重，保证多堆燃料电池尽可能长久运行是亟须解决的问题.为了更真实地反映电堆运行性能的变化，研究中应该考虑电堆老化模型，并且借助老化模型实时监控电堆运行过程中的老化速率[12].
西南交通大学学报 2022年4期2022-08-25
- PEMFC电堆水管理技术的阻抗谱分析
宜的PEMFC 电堆等效电路，将电堆阻抗图谱分为欧姆、传荷和传质部分来解析各个部分对阻抗图谱的影响。考虑到进气的相对湿度在不同工作电流时对水状况的影响存在差异，在不同相对湿度下分别加载工作电流进行了EIS 监测，以研究进气的相对湿度和工作电流与电化学行为的关系，提取电堆出现膜干和水淹故障的电化学阻抗特征。1 实验装置与参数测试实验台为群翌PEMFC 测试台，该实验台可实现对PEMFC 电堆进气的相对湿度(以下简称相对湿度)、进气速度和电堆工作温度的控制。实
电源技术 2022年8期2022-08-23
- 某燃料电池汽车热平衡测试研究
子交换膜燃料电池电堆（以下简称电堆）是在一定温度、湿度与压力的条件下，将氧气与氢气在催化剂的作用下产生电能的系统。2 燃料电池电堆热管理简介电堆系统是燃料电池汽车动力系统的心脏，主要由空气系统、氢气系统、水热管理系统以及控制系统等构成。其中水热管理系统包括水泵、电池三通阀、电加热器、散热器总成、去离子器等装置构成。燃料电池中热量来自4 个方面:①电池的不可逆性而产生的化学反应热;②欧姆极化而产生的焦耳热;③加湿气体带入的热量;④吸收环境辐射热量。电堆内部工
时代汽车 2022年14期2022-07-06
- 基于计算流体力学的大型质子交换膜燃料电池电堆歧管尺寸优化分析*
交换膜燃料电池 电堆 歧管尺寸 计算流体力学 多孔介质1 前言利用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术进行质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）电堆模拟可大幅节约设计时间和成本。2006 年，Liu 等成功模拟了一个由6 片PEMFC 单电池组成的微型电堆。李昂等基于CFD 技术建立了包含30 片单电池且多物理场耦合的电堆模型，研究了稳态工况下电
汽车技术 2022年6期2022-06-24
- 氢燃料电池堆封装研究现状
大问题。 优异的电堆装配方案可以降低燃料电池成本， 提高电池寿命和发电性能。本文结合机械、 电化学、 流体力学、 动力学等知识， 介绍燃料电池电堆工作原理和电堆结构组成； 分析氢燃料电池堆封装的国内外研究现状， 讨论封装过程中的电堆性能变化，进而对电堆封装面临的问题进行解析， 并提出相应对策。1 燃料电池电堆组成及其工作原理质子交换膜燃料电池作为第5代燃料电池， 其由单电池 （Cell）、 端板 （EP）、 绝缘板 （IP）、 集电板 （CP） 和密封垫圈
汽车电器 2022年3期2022-03-24
- 氢燃料电池发动机热管理系统的控制方案研究
过程中其核心部件电堆会产生大量的热量，通常是传统内燃机汽车的两倍，而考虑到电堆的性能以及寿命，需要使电堆温度保持在合适的范围(75～90 ℃)，因此对其热管理系统提出了更高的要求。氢燃料电池发动机热管理系统主要由水泵、散热器、PTC加热器、膨胀水箱、散热风扇和节温器等部件构成，通过各部件的协同工作控制氢燃料电池电堆进出口的冷却液温度来维持电堆的运行温度。然而在启动、拉载、减载等复杂工况下，受水泵、散热风扇等零部件因素影响，系统对冷却液温度的控制有一定的滞后
车用发动机 2022年1期2022-03-05
- 风冷金属双极板燃料电池冷启动性能研究
，需要在启动前对电堆进行预热[3]，PEMFC 冷启动特性对提高电堆的性能和寿命起着关键作用。PEMFC 冰点以下启动主要有停机除水与启动加热两个过程[4]，关于PEMFC 冷启动前人做了大量相关研究。K. Jiao 等[5]发现燃料电池在-3 ℃条件下可通过调整电流密度自启动成功。邓鹏等[6]通过三维非稳态仿真模拟热空气将电堆从- 20 ℃升温至冰点以上。Hosseinzadeh 等[7]通过水热管理实现质子交换膜燃料电池叉车-25 ℃冷启动。Luo 等
电源技术 2021年12期2022-01-07
- 变载速率对PEMFC电堆动态响应的影响
动及变载,均会对电堆的性能和寿命产生影响[6],在适当的电压范围内恒流运行,对燃料电池的寿命最为有利[5]。在变载过程中,电堆流道的气体供应和反应生成水的排出,会对电堆的内部催化剂层及扩散层产生影响,在性能上表现为电堆输出电压出现波动[7],电压不能及时响应,电堆内部单体电压一致性变差。本文作者针对50 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆,进行不同速率的动态加载和卸载实验,对输出电压响应时间及单体一致性进行分析,以期为燃料电池系统集成控制中加载速率的
电池 2021年6期2022-01-07
- 质子交换膜燃料电池电堆操作条件的评估
方法。PEMFC电堆装配完成后，经过活化，进行极化测试、敏感性测试和稳定性测试，从而评估电堆的性能。该体系可以对燃料电池堆的设计及工艺进行评估，还可以评估不同供应商的膜电极(MEA)、双极板及流场设计及工艺，可以系统性地分析特点。1 实验1.1 膜电极组件(MEA)的制作将5%Nafion溶液(美国产)、20%Pt/XC-72R催化剂(英国产，Pt用量0.5 mg/cm2)以及一定量的异丙醇溶剂(上海产，99.9%)混合，在超声波条件下震荡30 min，制
电池 2021年4期2021-09-03
- 5kW级质子交换膜燃料电池电堆的制备及实验研究
子交换膜燃料电池电堆是燃料电池系统的核心部件，是燃料电池的电能来源，其价格占据燃料电池系统成本的50%，未来行业的发展趋势必然倾向于本土电堆。目前，按照系统的用途来分，电堆的功率通常有以下几种：①100W以下的电堆用于便携电源[1]；②1kW至10kW的电堆用于民用发电系统[2-6]；③几十千瓦至上百千瓦的电堆用于汽车动力[7]；④几百千瓦的电堆用于发电站[8]。质子交换膜燃料电池电堆，由膜电极和双极板的重复单元、两侧的流场单极板、两侧的集电板和两侧的端板
新型工业化 2021年2期2021-08-09
- 绝热条件下固体氧化物燃料电池的瞬态电化学特性
于缓解SOFC 电堆在负荷变动时内部温度梯度大等问题。目前，针对SOFC 热力学、电化学特性的研究主要集中在非绝热条件下的稳态热力学及电化学特性，对绝热环境下功率变化、电解与发电模式切换等瞬态过程的热电耦合特性研究却十分有限。为此，本文建立了SOFC 电堆动态模型，针对SOFC 电堆在绝热工况下的瞬态热力学和电化学特性进行研究，为SOFC 电堆在未来大规模应用时电堆运行热管理和能量高效转换利用提供参考。1 SOFC动态模型1.1 模型假设SOFC单电池简化
综合智慧能源 2021年7期2021-07-31
- 车用PEMFC电堆典型道路工况低温起动试验研究
组成PEMFC 电堆，因此有必要对车用PEMFC 电堆进行低温起动试验研究。本文根据制定的典型道路工况对6 kW 燃料电池电堆进行功率加载、实时监测和动态运行数据采集，以此来研究在低温环境下PEMFC 电堆的运行特性。1 试验方案(1)试验设备额定功率为6 kW 的PEMFC 电堆1 台，测量电堆温度的温度传感器4 个，氢气流量计1 个，测量空气供给系统、氢气供给系统和冷却系统的压力传感器3 个，稳压电源3 台，冰点为―35 ℃的防冻液10 L，防冻液软管
电源技术 2021年6期2021-07-06
- 车用大功率燃料电池低温冷启动分析
加先进的燃料电池电堆及控制策略。1 拟开发车型参数设定根据实际情况及预研项目需求，拟开发车型目标初步设定如表2所示。表2 整车技术参数文章拟选择的120 kW燃料电池电堆，具体技术参数如表3所示。表3 某型号120 kW燃料电池技术参数2 冷启动热平衡分析2.1 燃料电池冷启动分析假设PEM燃料电池一般由膜电极、金属双极板、集流板、绝缘板和端板等组件组成。整个电堆系统由120 kW电堆、空气供给系统、氢气供给系统、冷却系统、高/低压系统等组成。建立的电堆及
汽车工程师 2021年5期2021-07-01
- 空冷型PEMFC电堆输出特性研究
池(PEMFC)电堆可分为空气冷却和循环水冷却两种类型.空冷型电堆相比于水冷型电堆,工作温度低,自身功耗小,配套集成系统中不需要加湿器、水泵、空压机等辅助设备,系统结构相对简单且成本较低.因此,空冷型PEMFC在中小功率备用电源、分布式发电和便携式电源等领域得到广泛应用.研究表明,空冷型燃料电池的输出性能受到空气流量、电堆工作温度、尾气排放周期与时间等参数影响[1～7].然而空冷燃料电池的电堆工作温度与空气流量、尾气排放周期是相互影响,相互耦合的.因此,要
湖南理工学院学报（自然科学版） 2021年2期2021-05-29
- 基于模糊PID控制的家用燃料电池热电联供系统建模与仿真
，在运行时必须将电堆中产生的多余热量带出。因为温度过高会导致质子交换膜脱水干裂[3]，影响电堆的使用寿命甚至会发生危险。因此，对电堆内部温度的控制和对电堆工作产生的余热进行回收利用，提高燃料电池的效率是我们追求的目标。赵兴强[4]、牛茁[5]建立了燃料电池电堆的数学模型和热模型，并进行了动态仿真。黄镇江等[6]开发并设计了一种质子交换膜燃料电池热电联供系统余热回收装置。李晓嫣等[7]、张颖颖等[8]建立了质子交换膜燃料电池热电联供系统模型，并进行了动态仿真
储能科学与技术 2021年3期2021-05-26
- 基于甲烷水蒸气重整的SOFC耦合系统性能研究
碳中毒现象，保证电堆反应的稳定性。天然气重整制氢技术主要有水蒸气重整(SR)、部分氧化重整(POR)和自热重整(ATR)等。目前水蒸气重整制氢技术应用最为广泛，部分氧化重整能耗低，但是产氢也相对较低。自热重整需消耗部分甲烷参与燃烧，燃料利用率较低，产氢量较水蒸气重整低。目前天然气重整催化剂多采用镍基催化剂，镍基催化剂相对其他贵金属催化剂来说[8]，具有制取工艺成熟，市场应用广泛及价格低等优势[7]，但镍基催化剂抗积碳能力较弱[8]，对于燃料水碳比的控制精度
电源技术 2021年4期2021-05-04
- 车用燃料电池热管理性能仿真与试验研究*
［6-8］建立了电堆的动态仿真模型，分析电堆启动、负载阶跃变化和电堆停止时电堆电压及温度的动态变化。上述文献只对电堆本体的特性进行研究，并未考虑电堆外部的热管理部件，并且所建立的模型复杂度较高、计算效率相对较低，用于整车系统级的分析难度较大。对此，郭爱［9］建立了车用燃料电池热管理系统模型，研究了电堆电流、冷却液流速、旁路阀开度等因素对电堆及散热器入口与出口温度差的影响。常国峰等［10-11］建立燃料电池汽车热管理系统散热器模型，使仿真误差控制在10%以内
汽车工程 2021年3期2021-04-14
- 2020 年上半年全国火电设备平均利用小时同比降低119 h
流电池储能系统由电堆、电解质溶液、管路系统等组成，其中电堆起到了至关重要的作用。相对于传统全钒液流电池电堆，新一代电堆采用的可焊接多孔离子传导膜可以提升离子选择性，提高电解液的容量保持率。此外，多孔离子传导膜的成本远低于商业化的全氟磺酸膜，从而可大幅度降低电堆成本。（王 波）
能源研究与信息 2020年3期2020-11-25
- 一种全功率燃料电池乘用车整车工况运行试验数据分析
用车;工况试验;电堆输出功率;电堆温度中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）19-10-05Analysis of operating test data of a full-power fuel cell passenger car*Guo Wenwen， Zhou Feikun（ Guangzhou Automobile Group Co.， Ltd. Automotive Engineering Re
汽车实用技术 2020年19期2020-11-12
- 燃料电池电堆设计开发关键技术
主题词：燃料电池电堆 电堆设计 验证测试 开发流程缩略语MEA Membrane Electrode AssemblyGDE Gas Distribution ElectrodeCCM Catalyst Coated MembraneGDL Gas Diffusion LayerDOE Department Of Energy1 前言氢燃料电池具有转换效率高、产物无污染、运行噪音小等诸多优势。近几年，世界主要国家如中国、美国、日本、韩国以及欧盟等纷纷修改完
汽车文摘 2020年10期2020-10-09
- 基于AMESim的燃料电池系统仿真与分析*
C系统中集成一个电堆是非常棘手的问题，PEMFC系统中包含电堆、冷却辅助设备、空气和氢气供应系统、电力转换装置和加湿装置等大量部件，这些部件之间相互作用。同时燃料电池系统涉及电化学、电传导、热传导和流体流动等多种物理现象。文章研究的PEMFC系统主要包含氢气系统、空气系统和热管理系统。电堆温度、空气和氢气输入量需保持在合适的范围内，才能保证PEMFC高效率工作。1.2 电堆模型分析PEMFC电堆模型较为复杂，包含多个输入物理量和输出物理量，通过构建原理分析
汽车工程师 2020年3期2020-04-07
- 空间燃料电池电源子系统输出性能的仿真与试验验证
因为操作不当，对电堆中的质子交换膜、催化剂等重要敏感器件带来严重损伤，缩短燃料电池的使用寿命。因此，在进行相关试验研究之前必须对其进行相关建模、仿真分析，对电堆的性能有足够的理论认识，才能保证在试验过程中减少不必要的误操作。目前国内已有对电堆模型的建模仿真[2]，文献[3]仅对影响输出电压的3种电压损失进行着重分析，没有对实际情况中影响电堆输出的温度、压力等输入条件进行单独详细的仿真分析；文献[4]仅对电堆的功率曲线进行初步的仿真分析，仿真了电堆的输出功率
中国空间科学技术 2019年4期2019-10-15
- 一种耐高速旋转的储备式锂电池电堆结构
转的储备式锂电池电堆结构徐春波1，余 帆2，隋 鑫1（1. 武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；2. 武汉长海电力推进和化学电源有限公司，武汉 430064）针对锂亚硫酰氯储备电池在高旋转环境下，电解液集中分配于电堆边缘，电堆边缘短路严重，出现隔膜烧蚀、工作电压持续下降问题，本文设计了一种耐高速旋转的储备式锂亚硫酰氯电池电堆结构，并进行了旋转激活带载试验。结果表明：电池在14000 rpm的转速下，电池放电电压平稳，隔膜未出现烧蚀现象。储备式锂
船电技术 2019年9期2019-10-08
- 博世将携手Powercell 共同开发燃料电池电堆
售后市场产品等。电堆是燃料电池的核心部件，可将氢能转化为电能。为进一步改进电堆技术并实现量产，博世日前与瑞典电堆制造商Powercell结为合作联盟。根据合作协议，双方将共同开发适合批量生产的质子交换膜(PEM)燃料电池技术。未来，博世将以许可证协议的模式实现该技术的量产，以供应全球汽车市场。该电堆将完善博世现有燃料电池产品序列，最迟于2022年上市。从长远来看，博世车用燃料电池的业务规模有望达到数十亿欧元。据预测，至2030年，全球高达20%的电动汽车将
汽车维修与保养 2019年6期2019-09-11
- 太阳能耦合燃料电池联供系统余热回收的运行参数模拟研究
：增加PEMFC电堆单电池个数及氢气燃料分压力，可有效提高PEMFC电堆输出电压。提高PEMFC电堆的输出电压及电流的同时，电堆的运行温度随之降低，同时也相应的延长了PEMFC电堆的启动时间。PEMFC电堆循环冷却水进出口温度为45～55 ℃，当PEMFC电堆循环冷却水进出口温度为50～55℃时，太阳能冷却水进出口温度为40～45 ℃，PEMFC电堆的运行温度为80.47 ℃，氢气反应速率为0.015 4 mol/s，板式换热器热效率的合理区间为0.5～0
农业工程学报 2019年12期2019-08-19
- 燃料电池运行控制参数影响规律仿真分析
主要控制参数包括电堆温度、膜湿度、阴阳极压力及阴阳极压差等，上述控制参数的优化有助于提高燃料电池的性能。本研究基于Simulink平台，利用Thermolib工具包建立PEMFC仿真模型，在对模型进行验证的基础上，分别改变PEMFC的控制参数，通过电池输出电压和输出功率随电流密度的变化趋势，揭示各控制参数对PEMFC性能的影响规律。研究结果对于PEMFC控制策略的制定及优化具有一定的指导意义。1 PEMFC模型搭建及验证1.1 Thermolib工具包采用
内燃机与动力装置 2019年1期2019-04-17
- 燃料电池热管理系统设计及研究
很多,其中温度对电堆性能的影响很大。燃料电池发动机工作时电堆连续产生热量,如果产生的热量不及时排掉,电堆温度将逐渐升高,一方面，温度升高可提高催化剂活性，提高质子交换膜上的质子传递速度，从而提高电化学反应速度,反应电流升高,电堆性能变好。但燃料电池反应生成的水随反映气体排出的速度也会升高。由于水含量会影响质子交换膜的湿润条件，所以温度过高时，质子交换膜会产生脱水现象,电导率下降,电堆性能变差,另外，由于质子交换膜为聚合物电解质,当温度接近100℃时,膜的强
汽车文摘 2019年4期2019-04-04
- 车用燃料电池发动机冷启动方法综述
温环境下关机由于电堆内部电化学反应，氢气和氧气反应会有水的生成。在零下的低温环境中，生成的水会在电堆内部冻结，阻碍阴阳极的气体反应介质到达催化层发生反应，严重甚至导致PEMFC发生不可逆转地性能退化[1][2]。不恰当的电堆内部反复的冻结-融化循环会对电堆组件的结构和性能造成损害，最终导致物理变形或击穿[3][4]。许多研究人员已经进行了冻结机理和冷启动性能的相关研究，结果表明在冻结温度下，质子交换膜（PEM），气体扩散层（GDL）和催化剂层（CL）的损伤
汽车文摘 2019年1期2019-01-10
- 质子交换膜燃料电池堆自加热冷启动仿真研究
模型，仿真分析了电堆各单电池的温度分布及水含量，同时研究了外部冷却液加热、不同环境温度、不同启动电流对电堆冷启动的影响[7-12]。由于外部液体加热需额外提供电源，且预热时间长，电堆短时间内无法启机[13]，本文针对一种基于电堆内嵌加热电阻低温启动方式，建立电堆电化学反应、自加热及散热过程热平衡数学模型，利用MATLAB计算分析不同环境温度、加热电阻、比热容对电堆冷启动的影响，并给出电堆低温冷启动方案。1 燃料电池电堆热平衡数学模型1.1 电堆自加热工作原
客车技术与研究 2018年6期2018-12-14
- 船用燃料电池模块系统设计研究
料电池系统，并对电堆系统的性能进行测试，展示了电堆系统的性能及待解决的问题。关键词：燃料电池；电堆；系统设计中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）02-0046-021 燃料电池系统燃料电池是目前最有前途的清洁能源技术之一。它是一种将燃料的化学能通过电化学反应的方式直接转化为电能的装置。最为流行的质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用纯氢作为燃料，释放电能和热能，唯一产物为水。由于中间没有机械能这一转化过程，整个燃料电
中国水运 2017年2期2017-03-14
- 车用质子交换膜燃料电池电堆保温仿真研究
子交换膜燃料电池电堆保温仿真研究李友才(河南工业大学机电工程学院，河南郑州450007)建立10 kW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
电源技术 2016年3期2017-01-20
- 多堆串联液流电池系统中电池数目的优化分配
为了减小液流电池电堆系统的旁路电流，在多电堆串联的设计方案基础上，提出中间电堆单电池数比两边电堆单电池数小的单堆规模优化方法。通过等效电路模拟，以15 kW的全钒液流电池电堆为例，证明不均匀分配方式能有效减小旁路电流，并分析了分支电阻对旁路电流的影响。液流电池；电堆；旁路电流；等效电路模型在液流电池储能系统的实际应用中，为保证电能的高效率传输和转化，通常把单电池串联起来形成电堆，以得到高电压[1]。为了减小泵功，并保证电解液能均匀地输送给每个电池，一般用统
电源技术 2016年12期2017-01-10
- 质子交换膜燃料电池停机策略的实验研究
为了满足快速消除电堆内残留的氢气，研究提出了利用空冷电堆的风扇对电堆放电和使用辅助负载对电堆中各个单电池单独放电的停机控制策略。通过实验研究对比了直接停机、利用辅助负载整体放电和利用辅助负载对各个单电池单独放电三种停机方式对PEMFC性能的影响。结果表明，利用辅助负载对各个单电池单独放电的停机策略不仅能缩短燃料电池停机后各个单电池维持在高电位的时间，同时也能防止PEMFC停机放电过程中单电池反极现象的发生，是一种十分有效的质子交换膜燃料电池停机策略。质子交
高校化学工程学报 2016年5期2016-11-18
- 大规模高效液流电池储能技术的基础研究
设计方面，过研究电堆内部极化特性，明确了影响电池性能的关键因素。通过材料创新和结构设计创新， 开发出高功率密度电堆。开发出的2 kW电堆的工作电流密度由原来的80 mA/cm2提高到160 mA/cm2。大幅度降低了液流电池的制造成本。提出了大规模液流电池储能系统模块化设计理念，开发出不同规模等级的液流电池单体电堆和储能系统单元模块，发明了单元储能系统组合、多系统耦合技术；漏电电流与系统功耗调控技术；储能系统运行状态监控、预测诊断与自修复管理控制策略，提高
科技资讯 2016年4期2016-06-11
- 基于贵金属替代的新型动力燃料电池关键技术和理论基础
化膜电极、高能效电堆和一体化系统集成等关键科学技术研究，重点解决动力燃料电池多维度电极反应动力学过程和电催化剂构效关系及电催化机理，聚合物电解质膜的分子创制和膜电极有序化结构构筑及离子传输强化机制，动力燃料电池电堆一致性和系统一体化集成与过程耦合规律等关键科学问题。围绕总体目标，针对关键科学问题和重点研究内容，该研究设置如下6个课题：（1）贵金属完全替代纳米电催化剂结构设计与催化活性及耐久性研究；（2）贵金属部分替代纳米电催化剂的创制与催化活性及抗毒机理研
科技创新导报 2016年10期2016-05-30
- 频繁启停对质子交换膜燃料电池堆性能的影响
池(PEMFC)电堆典型工况的研究主要是针对长时间连续加载工况。为了模拟实际运行中车用燃料电池堆的工况，美国能源部设计了2 000 h的电堆加载程序，用于评估车用燃料电池的电性能和耐久性［1－2］。动态操作条件对燃料电池寿命的影响很大。S.J.C.Cleghorn等［3］对单体PEMFC进行26 300 h的寿命测试，以800 mA/cm2的电流密度连续运行3 a，测得性能衰减率为 4 ～6 μV/h。S.D.Knights等［4］对 PEMFC 进行 1
电池 2015年2期2015-01-16
- 大功率空冷自增湿PEMFC 温度控制方法
但其输出性能受到电堆工作温度、空气流量、尾气排气间隔等参数的影响［4-9］.对于空冷自增湿PEMFC 而言，电堆工作温度、空气流量、尾气排气是相互影响、相互耦合的，调节阴极空气流量将影响电堆工作温度及阳极含水量，调节阳极间歇排气将影响电堆阳极含水量及化学反应性能，从而影响电堆温度.因此，空冷自增湿燃料电池的水管理［10］和热管理是相互耦合的.控制燃料电池在某一工作电流下的最优工作温度，维持电堆的水平衡和热平衡是提高电堆输出性能的关键.文献［6］通过实验测试
西南交通大学学报 2015年1期2015-01-13
- PEM燃料电池电堆低温起动试验*
）PEM燃料电池电堆低温起动试验*李义 许思传 张洁（同济大学 新能源汽车工程中心）为评价不同参数对PEM燃料电池电堆低温起动性能的影响，搭建了燃料电池电堆低温起动试验平台，对5 kW燃料电池电堆在-5℃、-10℃和-15℃下的低温起动性能进行了试验研究。结果表明，在低温下恒电压模式比恒电流模式更有利于电堆升温；电堆起动电压为30 V时升温速度快于40 V和20 V时；初始温度越低时电堆升温速率越慢。另外，经过低温起动后电堆性能发生了衰减，电镜扫描结果也显
汽车技术 2015年3期2015-01-07
- 质子交换膜燃料电池耐久性测试分析①
内对于PEMFC电堆的耐久性研究比较欠缺，一方面因为对电池的耐久性考察是非常耗时的工作，另一方面耐久性测试的耗费巨大．近年来，对于PEMFC的耐久性研究日益迫切，许多机构已经进行相关的耐久性实验．到目前为止，大多数燃料电池耐久性实验都是在恒电流条件下进行的．Knight[3]等在 2004 年完成了 PEMFC 的12000 h 的寿命实验，其性能衰退为0．5μV/h．S．J．C．Cleghorn等[4]对 PEMFC 单电池进行了寿命试验，该PEMFC在
佳木斯大学学报（自然科学版） 2014年4期2014-07-09
- 质子交换膜燃料电池低温起动方法的仿真研究
瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。采用不同的起动方法使电堆达到低温起动条件，对电堆的低温起动特性进行仿真分析，得到不同低温起动方法的电堆内部温度分布规律和其自身起动的所需时间，为燃料电池电堆低温起动的商业化提供技术支持。PEMFC；双极板加热；低温起动；仿真分析质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有低噪音、无污染、零排放、高效率及室温可快速起动等优点，是解决环境污染和能源枯竭问题的重要汽车动力源。由于PEMFC内有残存的水存在，当环境温度低于0℃时，这些残存
电源技术 2014年5期2014-07-07
- 基于恒电压模式PEMFC冷起动性能研究
研究，分别测试了电堆初始温度、起动电压、吹扫时间等多种因素对电堆冷起动性能的影响。实验结果表明：电堆初始温度越低，电堆起动越困难；在一定电压范围内，电堆电压越低，冷起动性能越好；吹扫时间的长短对电堆冷起动性能影响较大；冷起动过程中，电堆内单电池电压呈现非均匀变化。冷起动；质子交换膜燃料电池系统；初始温度；起动电压；吹扫时间质子交换膜燃料电池的商业化发展面临的最主要障碍是电池成本与耐久性问题[1]，燃料电池在低温环境中的冷起动能力也是阻碍其商业化的重要因素。
电源技术 2014年2期2014-07-05
- 车用PEMFC电堆低温起动试验研究*
下，由于燃料电池电堆停机后其内有残存的水存在，这些残存的水很快结成冰，从而造成电堆的阴阳极流道阻塞，并且水结成冰其体积增大约11%，从而对燃料电池电堆的寿命和其低温起动特性造成严重的影响。因此对燃料电池电堆低温起动的研究有重要意义[2-3]。1 车用燃料电池电堆低温起动平台设计依据燃料电池电堆(FCS)低温起动和停机控制策略[4]，并考虑燃料电池汽车前舱空间和能量需求等因素的限制，设计车用燃料电池电堆低温起动平台，如图1所示。用厚度为20mm的保温材料将燃
汽车工程 2014年12期2014-02-27
- 质子交换膜燃料电池汽车冷起动性能的研究
立一维的燃料电池电堆冷起动模型，对燃料电池电堆的冷起动过程进行研究。研究中通过改变冷起动控制方法，合理有效地提高燃料电池电堆在-20℃时的冷起动性能，并分析了不同单电池之间的结冰和温度分布情况。1 模型描述PEMFC工作原理如图1所示。在PEMFC的运行过程中，阴阳两极都会有液态水存在。当电池处于0℃以下的环境中时，电池中的液态水就会结冰而阻碍反应气体的传输。本模型充分考虑了液态水和冰在气体扩散层(gas diffusion layer, GDL)、催化层
汽车工程 2014年10期2014-02-27