自增濕陰極開放式PEMFC輸出特性實驗分析及動態(tài)建模.pdf

1、能源和環(huán)境已成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的兩大戰(zhàn)略主題。加大研發(fā)和利用風(fēng)能、太陽能、氫能等新能源已成為必然趨勢。燃料電池不受卡諾循環(huán)限制，直接將存儲在燃料和氧化劑中的化學(xué)能等溫、高效率、零排放地轉(zhuǎn)化為電能。其中質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells，以下簡稱PEMFC）在便攜式移動電源、分散電站、應(yīng)急不間斷電源以及電動汽車等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
　　PEMFC是一個非線性、多耦合的復(fù)

2、雜系統(tǒng)，其工作原理涉及到流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)、熱力學(xué)、電化學(xué)和控制學(xué)等眾多學(xué)科。自增濕陰極開放式PEMFC省去了外增濕設(shè)備，簡化電池系統(tǒng)，提高燃料電池比功率輸出。自增濕PEMFC依據(jù)電池內(nèi)的水平衡控制，水的唯一來源由陰極電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。自增濕PEMFC的水平衡和熱平衡管理是影響膜水含量的兩大因素，且它們對電池性能的影響相互耦合。
　　論文首先依據(jù)燃料電池的熱力學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)模型，在基于實驗室自制的自增濕陰極開放式PEMFC測試平臺上

3、設(shè)計完成了溫度控制和線性溫度掃描測試實驗，并對測試所得數(shù)據(jù)擬合的極化曲線做了相應(yīng)的電極過程動力學(xué)分析。此外，還針對實驗測試中采用的基于半導(dǎo)體制冷片的溫度控制器硬件開發(fā)設(shè)計做了簡單總結(jié)。
　　通常，PEMFC單片電池的開路電壓為0.9V～1.0V。為了滿足負(fù)載所需電壓，需要將幾十到幾百片單電池串聯(lián)構(gòu)成PEMFC電池堆。空冷型PEMFC電池堆的陰極風(fēng)扇對電池溫度分布有直接的影響。針對新加坡淡馬錫理工學(xué)院清潔能源研究中心自主設(shè)計開發(fā)的百

4、瓦級空冷型PEMFC電池組開展了相關(guān)實驗研究?？疾炝瞬煌?fù)載下電池組的輸出性能，并對單體電池的電壓分布進行了測試。通過紅外熱成像技術(shù)對電池組表面溫度分布情況進行研究。
　　最后，以經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)，基于電化學(xué)基本原理和理想氣體狀態(tài)方程建立了以反應(yīng)氣流量、工作溫度為模型輸入，輸出電壓為模型輸出的PEMFC單電池仿真模型。并利用Methrom公司的Autolab測試平臺對仿真模型進行了實驗驗證。
　　本文在文章結(jié)尾總結(jié)了取得的成果