空冷型PEMFC啟停策略研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)是一種新型的電化學(xué)發(fā)電裝置，打破了傳統(tǒng)的發(fā)電模式。它利用固體電解質(zhì)，以氫氣作為燃料，以空氣為氧化劑，通過氫氧化合作用直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的電能。質(zhì)子交換膜燃料電池由于具有穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、功率密度高、運(yùn)行溫度低等優(yōu)點(diǎn)，在新能源車輛、便攜式移動(dòng)電源、分布式電站等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文以自己搭建的空冷型質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)驗(yàn)

2、平臺(tái)為基礎(chǔ)，研究了啟停控制策略對電堆性能的影響。主要研究成果如下:
　　(1)為了降低燃料電池啟動(dòng)時(shí)形成的高電壓和縮短高電壓維持的時(shí)間，我們通過實(shí)驗(yàn)研究對比分析了常規(guī)啟動(dòng)、聯(lián)合最低單片電壓啟動(dòng)和減小氫氣進(jìn)氣壓力啟動(dòng)對PEMFC的影響，提出了一種新的PEMFC啟動(dòng)策略。該策略是減小電堆啟動(dòng)時(shí)氫氣進(jìn)氣壓力，當(dāng)電堆最小單片電壓值大于0.3V后立即切入啟動(dòng)負(fù)載。結(jié)果表明，該策略不僅可以明顯降低電堆啟動(dòng)時(shí)最大單片電壓值，而且縮短了高電壓維持

3、的時(shí)間，這必然有利于延長電堆壽命和提高電堆耐久性，是一種十分有效的PEMFC啟動(dòng)控制策略。
　　(2)質(zhì)子交換膜燃料電池停機(jī)過程中引起性能衰減的根本原因是陽極側(cè)殘留有氫氣。為了滿足快速消除電堆內(nèi)殘留的氫氣，本文提出了利用空冷電堆的風(fēng)扇對電堆放電和使用輔助負(fù)載對電堆中各個(gè)單電池單獨(dú)放電的停機(jī)控制策略。通過實(shí)驗(yàn)研究對比了直接停機(jī)、利用輔助負(fù)載整體放電和利用輔助負(fù)載對各個(gè)單電池單獨(dú)放電三種停機(jī)方式對PEMFC的影響。結(jié)果表明，利用輔助負(fù)

4、載對各個(gè)單電池單獨(dú)放電的停機(jī)策略不僅能縮短燃料電池停機(jī)后各個(gè)單電池維持在高電位的時(shí)間，同時(shí)也能防止PEMFC停機(jī)放電過程中單電池反極現(xiàn)象的發(fā)生，是一種十分有效的質(zhì)子交換膜燃料電池停機(jī)策略。
　　(3)為了快速消除電堆內(nèi)殘留的氫氣，本文又通過實(shí)驗(yàn)研究對比分析了直接停機(jī)、利用輔助負(fù)載停機(jī)和氮?dú)獯祾咄C(jī)三種不同的停機(jī)方式對PEMFC的影響，并提出了聯(lián)合輔助負(fù)載和氮?dú)獯祾叩耐C(jī)策略。結(jié)果表明，該停機(jī)策略不僅減短了電堆維持開路高電壓的時(shí)間，