高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFC）工作溫度高于100℃,在常溫下啟動時,必須將電堆加熱到工作溫度。為了實現(xiàn)HT-PEMFC的快速啟動并提高溫度均勻性,設(shè)計了一種使用高頻交流電加熱HT-PEMFC電堆的方法。從溫度分布、加熱功率兩個方面對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電堆性能的影響。結(jié)果表明:使用高頻交流電加熱電堆時,溫度分布更加均勻,能實現(xiàn)電堆的快速升溫,在30次升降溫循環(huán)實驗中未發(fā)現(xiàn)對電堆性能不利的影響。 

【文章來源】：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??３．１溫度分布測量??圖４是電堆溫度測量點分布位置。電堆側(cè)面縱向上每隔９??節(jié)電池分布一個測溫點，均勻分布８組測溫點，測溫孔深５??ｍｍ，每個測溫點距離所在單節(jié)電池中軸線２０?ｃｍ，這８組測溫??點用于測量電堆整體的溫度。??（ａ）全部測溫點分布??圖４?電堆溫度測置點??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個Ｋ型熱電偶，測溫孔深５?ｍｍ，單節(jié)電池上??測溫點等間距排列，測量加熱時單節(jié)電池溫度分布。電堆使用??保溫棉包裹，通過程序控制升溫。??３．２加熱實驗??３．２．１交流電加熱實驗??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，同時開啟電堆兩端板處的６０?Ｗ加熱片，到８個測??溫點平均溫度升至１２（ＴＣ時停止加熱。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�？偟募訜峁β蕿椋模茫模脤嶋H輸出功率加上??兩個端板加熱片的實際功率。??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)進行升降溫實驗。每升降??溫１０次，測一次燃料電池性能數(shù)據(jù)。??３＿２．２加熱片加熱實驗??室溫２０°Ｃ?，使用燃料電池電堆端板兩側(cè)的兩個６０?Ｗ加??熱片、電堆側(cè)面的２００?Ｗ加熱片和一個６０?Ｗ加熱片加熱電??堆，在加熱的過程中記錄溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)，８個測溫點??平均溫度升至１２０?＇Ｃ時停止加熱�？偟募�

究與設(shè)計??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看，高頻交流電加熱相對比較??均勻，兩側(cè)端板的溫度差異通過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，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，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??短了升溫時間。??４．２交流加熱對電堆性能影響??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＞第一次升降溫實驗后電堆性能對比??１０００??８００??＾?６００??５５?４００??２００??０??１０００??８００??＞?６００??＾?４００??２００??０??電池節(jié)數(shù)??（ｂ）最后一次升降溫實驗后電堆性能對比??圖８?交流加熱和加熱片加熱電堆升降溫實驗后的性能變化??電池節(jié)數(shù)??交流加熱和加熱片加熱兩種方式下重復(fù)升降溫實驗后

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3011432