高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFC）工作溫度高于100℃,在常溫下啟動(dòng)時(shí),必須將電堆加熱到工作溫度。為了實(shí)現(xiàn)HT-PEMFC的快速啟動(dòng)并提高溫度均勻性,設(shè)計(jì)了一種使用高頻交流電加熱HT-PEMFC電堆的方法。從溫度分布、加熱功率兩個(gè)方面對(duì)比了交流電加熱電堆和加熱片加熱電堆的方式,分析了兩種加熱方式對(duì)電堆性能的影響。結(jié)果表明:使用高頻交流電加熱電堆時(shí),溫度分布更加均勻,能實(shí)現(xiàn)電堆的快速升溫,在30次升降溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)對(duì)電堆性能不利的影響。 

【文章來(lái)源】：電源技術(shù). 2020,44(11)北大核心

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圖１中，黑是催化層質(zhì)子傳導(dǎo)電阻，凡是催化層電子傳??導(dǎo)電阻，扎是電荷轉(zhuǎn)移電阻，ｃｄ為雙電層電容成是石墨板電??

龍洚技表Ｅｌ??究與設(shè)計(jì)??３．１溫度分布測(cè)量??圖４是電堆溫度測(cè)量點(diǎn)分布位置。電堆側(cè)面縱向上每隔９??節(jié)電池分布一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，均勻分布８組測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫孔深５??ｍｍ，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)距離所在單節(jié)電池中軸線２０?ｃｍ，這８組測(cè)溫??點(diǎn)用于測(cè)量電堆整體的溫度。??（ａ）全部測(cè)溫點(diǎn)分布??圖４?電堆溫度測(cè)置點(diǎn)??如圖４（ａ）所示，在電堆上選�。垂�(jié)電池，如圖４（ｂ）所示，每??一節(jié)均勻分布８?jìng)�(gè)Ｋ型熱電偶，測(cè)溫孔深５?ｍｍ，單節(jié)電池上??測(cè)溫點(diǎn)等間距排列，測(cè)量加熱時(shí)單節(jié)電池溫度分布。電堆使用??保溫棉包裹，通過(guò)程序控制升溫。??３．２加熱實(shí)驗(yàn)??３．２．１交流電加熱實(shí)驗(yàn)??室溫２（ＴＣ，使用頻率為１?ｋＨｚ幅值為２０?Ｖ的方波交流電??加熱電堆，同時(shí)開(kāi)啟電堆兩端板處的６０?Ｗ加熱片，到８?jìng)�(gè)測(cè)??溫點(diǎn)平均溫度升至１２（ＴＣ時(shí)停止加熱。由于全橋逆變電路所??選用的元件阻抗非常�。ǎ�?ｍｆｌ），因此逆變電路的能量損耗完??全可以忽略不計(jì)�？偟募訜峁β蕿椋模茫模脤�(shí)際輸出功率加上??兩個(gè)端板加熱片的實(shí)際功率。??Ｐｔ＝ＵｆＩｆ＋Ｕ０Ｉ０＋ＵｂＩｂ?（３）??式中：Ｐ，為加熱總功率；為前端加熱片的電壓和電流；Ｉ／。、??忍為ＤＣ－ＤＣ輸出電壓和電流；為后端加熱片的電壓和電??流。??電堆自然冷卻至室溫，然后重復(fù)進(jìn)行升降溫實(shí)驗(yàn)。每升降??溫１０次，測(cè)一次燃料電池性能數(shù)據(jù)。??３＿２．２加熱片加熱實(shí)驗(yàn)??室溫２０°Ｃ?，使用燃料電池電堆端板兩側(cè)的兩個(gè)６０?Ｗ加??熱片、電堆側(cè)面的２００?Ｗ加熱片和一個(gè)６０?Ｗ加熱片加熱電??堆，在加熱的過(guò)程中記錄溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)，８?jìng)�(gè)測(cè)溫點(diǎn)??平均溫度升至１２０?＇Ｃ時(shí)停止加熱�？偟募�

究與設(shè)計(jì)??ＺＺＳＺ??（ａ＞高頻交流電加熱電堆溫度分布??圖６?高頻交流電加熱電堆和加熱片加熱電堆整體的溫度分布情況??從電堆整體的溫度分布來(lái)看，高頻交流電加熱相對(duì)比較??均勻，兩側(cè)端板的溫度差異通過(guò)使用更大功率的加熱片或更??換端板的材料解決。高頻交流電加熱在初期電壓恒定的情況??下由于溫度相對(duì)較低，ＰＥＭ的歐姆電阻較大，加熱功率較小，??隨著溫度的升高，ＰＥＭ的歐姆電阻變小，加熱功率變大。??４．１．３加熱功率??圖７是交流加熱和加熱片加熱時(shí)電堆溫度和加熱功率之??間的關(guān)系圖。??使用高頻交流電加熱電堆時(shí)，加熱功率可控，在不損害電??堆ＰＥＭ的情況下能靈活控制升溫速度。而使用加熱片加熱電??堆時(shí)，隨著溫度升高，加熱功率略有下降。從３０’Ｃ升溫到１１０??°Ｃ?，加熱片加熱需要１?１７４?ｓ，交流電加熱僅需要４８０?ｓ，大大縮??短了升溫時(shí)間。??４．２交流加熱對(duì)電堆性能影響??〇＞）加熱片加熱溫度和加熱功率??１４００??１２００??１０００??８００??６００??４００??２００??０??圖７?電堆溫度和加熱功率之間的關(guān)系圖??性能對(duì)比情況如圖８所示。??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??電池節(jié)數(shù)??（ａ＞第一次升降溫實(shí)驗(yàn)后電堆性能對(duì)比??１０００??８００??＾?６００??５５?４００??２００??０??１０００??８００??＞?６００??＾?４００??２００??０??電池節(jié)數(shù)??（ｂ）最后一次升降溫實(shí)驗(yàn)后電堆性能對(duì)比??圖８?交流加熱和加熱片加熱電堆升降溫實(shí)驗(yàn)后的性能變化??電池節(jié)數(shù)??交流加熱和加熱片加熱兩種方式下重復(fù)升降溫實(shí)驗(yàn)后

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3011432