燃料電池延遲特性和燃料電池-蓄電池混合供電系統(tǒng)研究.pdf

1、綠色清潔能源是當前世界各國關(guān)注的焦點。作為一種可以直接將氫能轉(zhuǎn)化成電能的電化學發(fā)電裝置,質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)以其清潔、高效、低噪、工作溫度低等優(yōu)勢成為相關(guān)領(lǐng)域中最受關(guān)注的新能源之一。然而PEMFC在電氣輸出特性上存在的電壓變化范圍較大,輸出特性較軟,對負載突變響應明顯滯后等不足之處,阻礙了PEMFC邁向商業(yè)化的步伐。在實際應用中,需加入直流變換器和其他輔助

2、電源,并使用適當?shù)目刂品绞絹頊p小PEMFC輸出的波動幅度和頻率,才能保證PEMFC長期、穩(wěn)定、經(jīng)濟地向負載供電。
　　 本文通過分析燃料氣體在PEMFC電池堆內(nèi)部管道的流動和分布情況,得出氫氣分壓值和各單池反應處距進氣口的通道長度是影響單池動態(tài)特性的兩個關(guān)鍵因素。在深入研究PEMFC系統(tǒng)冷啟動過程的基礎(chǔ)上,得出單池間ENernst項的動態(tài)特性因電池堆自身結(jié)構(gòu)及環(huán)境因素影響而無法同步進行是導致PEMFC系統(tǒng)在電氣輸出上存在延遲特性

3、的根本原因。并提出一種用以描述單池滯后時長與PEMFC特定參數(shù)之間關(guān)系的定性函數(shù)。另外,在延遲特性實驗中,觀察到了部分單池在啟動時存在“反極”現(xiàn)象,并用等效內(nèi)阻的思想解釋了這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。闡明了PEMFC輸出電流維持穩(wěn)定對提高供電系統(tǒng)整體性能上的必要性。
　　 為了延長使用壽命、降低制造和維護成本、減小FC輸出電流的波動幅度,本文提出了一種具有效率高、所需元件少、成本低和控制簡單等特點的雙輸入降壓直流變換器電路拓撲,并在此拓

4、撲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計了一套能量管理策略和閉環(huán)反饋控制方案,實現(xiàn)了保證系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定的同時,通過控制蓄電池對不足能量的補償或?qū)Χ嘤嗄芰康奈諄砭S持PEMFC輸出電流恒定的目標,從而最大程度地減小了電流紋波,延長了PEMFC使用壽命,降低了系統(tǒng)成本,避免了PEMFC電氣延遲特性對整個系統(tǒng)性能的不利影響。
　　 在理論分析和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一臺500W的原理樣機,并編寫了一套適用于TI公司數(shù)字信號處理器TMS320F2808的控