燃料電池成本高和壽命不足是車(chē)用燃料電池產(chǎn)業(yè)化亟待解決的兩大難題。為了提升燃料電池性能和緩解其壽命衰減,必須深入研究燃料電池的動(dòng)態(tài)行為和失效機(jī)理,并提出實(shí)際可用的應(yīng)對(duì)策略,盡可能地緩解電池性能和壽命的衰減。目前,國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)實(shí)驗(yàn)級(jí)單電池的單一參數(shù)的原位測(cè)量進(jìn)行了大量研究,沒(méi)有同時(shí)對(duì)燃料電池內(nèi)部的“氣-水-熱-電”的耦合行為進(jìn)行研究,特別是對(duì)商業(yè)級(jí)電池或電堆內(nèi)部多個(gè)物理量同時(shí)進(jìn)行原位測(cè)量還未有公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。本文針對(duì)目前燃料電池測(cè)試存在的不足,研發(fā)了高精度燃料電池內(nèi)部電流密度、溫濕度和壓強(qiáng)同時(shí)測(cè)量的原位動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng),借助原位測(cè)量研究了操作條件對(duì)電池性能的影響,揭示了電池內(nèi)部物理量的分布特性和典型失效現(xiàn)象的失效機(jī)理,并提出了性能優(yōu)化和壽命衰減緩解措施。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:明確燃料電池原位動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的檢測(cè)要求,研制了200 cm²的商業(yè)級(jí)測(cè)試電堆,研發(fā)了36分區(qū)電流密度、溫濕度和壓強(qiáng)檢測(cè)雙極板并給出了相應(yīng)的檢測(cè)原理和方案。根據(jù)傳感器的信號(hào)采集類型研發(fā)了燃料電池內(nèi)部多物理量的原位高精度測(cè)量系統(tǒng),為后續(xù)燃料電池的動(dòng)態(tài)測(cè)量和性能優(yōu)化提供了研究基礎(chǔ)。通過(guò)原位測(cè)量研究了不同... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：158 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1分區(qū)電池的組裝示意圖[35]

中國(guó)成都東方電氣股份有限公司中央研究院Cong Yin等人[36]利用PCB電路板技術(shù)對(duì)三根流道的單電池內(nèi)部的溫度、濕度和電流密度進(jìn)行了檢測(cè),如圖1-2所示。同時(shí),對(duì)其內(nèi)部反應(yīng)參數(shù)分布進(jìn)行了研究,建立了穩(wěn)態(tài)兩相流燃料電池模型。該檢測(cè)方案采用PCB板完全代替了燃料電池雙極板,極大地改變了電池內(nèi)雙極板的電導(dǎo)特性且無(wú)法加工標(biāo)準(zhǔn)深度的流場(chǎng),因此無(wú)法滿足電堆內(nèi)部電流密度的高精度測(cè)量。西安交通大學(xué)的研究人員[37]將熱電偶通過(guò)O型密封圈插入到陽(yáng)極流場(chǎng)板背面,同時(shí)在陰極集流板和流場(chǎng)板之間插入了電流密度PCB檢測(cè)板,實(shí)現(xiàn)了在不同電流負(fù)載下電池內(nèi)部溫度和電流分布的同時(shí)測(cè)量,如圖1-3所示。由于加入了PCB檢測(cè)板,改變了電池的裝配結(jié)構(gòu),降低了檢測(cè)精度。此外,由于熱電偶檢測(cè)精度低,該方法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電池內(nèi)部高精度的電流密度和溫度檢測(cè)。

西安交通大學(xué)的研究人員[37]將熱電偶通過(guò)O型密封圈插入到陽(yáng)極流場(chǎng)板背面,同時(shí)在陰極集流板和流場(chǎng)板之間插入了電流密度PCB檢測(cè)板,實(shí)現(xiàn)了在不同電流負(fù)載下電池內(nèi)部溫度和電流分布的同時(shí)測(cè)量,如圖1-3所示。由于加入了PCB檢測(cè)板,改變了電池的裝配結(jié)構(gòu),降低了檢測(cè)精度。此外,由于熱電偶檢測(cè)精度低,該方法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電池內(nèi)部高精度的電流密度和溫度檢測(cè)。華中理工大學(xué)的研究人員[38]通過(guò)在雙極板中布置微型熱電偶研究了電堆內(nèi)的溫度分布,測(cè)試發(fā)現(xiàn)電堆的溫度呈拋物線分布,熱電偶的安裝示意圖如圖1-4所示。該方法可適用于電堆內(nèi)部檢測(cè),但檢測(cè)精度只能精確到1°C。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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