本文關鍵詞：自增濕空冷型PEMFC特性的實驗分析

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【摘要】：能源危機和環(huán)境問題越來越受到人類社會的廣泛關注。清潔能源的大力開發(fā)利用成為一種必然選擇。燃料電池不涉及到燃燒,可以直接通過電化學反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能。這種電池的最大特點是其不受卡諾循環(huán)的限制,因此能量效率高。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells,以下簡稱PEMFC)具有體積小、質(zhì)量輕、功率密度高、啟動快、無噪音、零污染等優(yōu)點,在分散電站、便攜式移動電源、應急不間斷電源以及電動汽車等領域具有廣泛應用前景。PEMFC是一個非線性、多耦合的復雜系統(tǒng),其工作原理涉及到流體力學、傳熱傳質(zhì)、熱力學、電化學和控制學等眾多學科。風扇吹走一部分燃料電池陰極生成水,剩余部分水用來給自增濕質(zhì)子交換膜燃料電池增濕,依據(jù)電池內(nèi)的水平衡控制,自增濕空冷型PEMFC輸出比功率比外增濕PEMFC高,是因為其精簡了電池系統(tǒng)結構,去除了外增濕設備。質(zhì)子交換膜燃料電池中水管理與熱管理是緊密關聯(lián)互相耦合的,有效的水熱管理對于提高電池的性能和壽命起著關鍵作用。論文首先在基于實驗室的自增濕空冷型PEMFC實驗平臺上完成了陽極排氣周期實驗,得到不同負載情況下最佳排氣方案,并應用FluckTi25紅外熱像儀進行溫度掃描,進而實現(xiàn)了“水淹”故障診斷和水累積效應的分析。其次,PEMFC單片電池的開路電壓比較低,只有0.9V～1.0V。因此通常PEMFC電池堆需要將若干片單電池串聯(lián)起來以滿足負載所需電壓。陰極風扇系統(tǒng)對空冷型PEMFC電池性能有很大的影響。通過設置不同的風扇電壓、風道距離對百瓦級空冷型PEMFC電池組開展了相關實驗,并采集單體電池的電壓,通過分析輸出性能來進行風扇系統(tǒng)優(yōu)化。最后,針對實驗室的H-1000 PEMFC進行短路實驗。設置不同短路周期、短路時間,應用無紙記錄儀采集各單電池電壓、電堆電流、電堆溫度、氣體壓強等參數(shù)來分析電堆輸出性能,進而得到最佳短路方案,并分析短路對燃料電池造成的影響以及其影響機理。本文結尾對上述幾個實驗所取得的研究成果進行了總結,還提出了本課題研究的不足之處,并對本文研究的前景進行了分析和展望。
【關鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 自增濕 排氣周期 水累積 風扇系統(tǒng) 短路 單體電池電壓分布 表面溫度分布
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘 要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 燃料電池的發(fā)展歷史及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 燃料電池的發(fā)展歷史11-13
• 1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本論文主要工作16-17
• 第2章 PEMFC工作原理概述17-22
• 2.1 PEMFC原理概述17-18
• 2.1.1 PEMFC工作原理17-18
• 2.2 PEMFC系統(tǒng)18-19
• 2.2.1 電極18
• 2.2.2 PEMFC加濕單元18-19
• 2.3 PEMFC電極過程動力學19-22
• 2.3.1 開路電壓19
• 2.3.2 活化極化過電壓19-20
• 2.3.3 歐姆極化過電壓20
• 2.3.4 濃差極化過電壓20-22
• 第3章 空冷型PEMFC陽極排氣周期實驗研究22-31
• 3.1 單電池水傳遞模型22-23
• 3.2 實驗測試23-25
• 3.2.1 測試平臺搭建23-25
• 3.2.2 實驗方案設計25
• 3.2.3 表面溫度測量25
• 3.3 實驗結果與討論25-30
• 3.3.1 排氣周期對單電池電壓的影響25-28
• 3.3.2 電堆表面溫度分布28-29
• 3.3.3 單電池“水淹”故障診斷29-30
• 3.4 結論30-31
• 第4章 空冷型PEMFC電堆陰極風扇系統(tǒng)優(yōu)化31-38
• 4.1 管道中充分發(fā)展的湍流流動及能量損失分析31-32
• 4.2 風扇系統(tǒng)實驗測試32-33
• 4.2.1 燃料電池系統(tǒng)32-33
• 4.2.2 實驗方案33
• 4.3 實驗結果與分析33-37
• 4.3.1 風扇工作距離和電壓對輸出電流的影響33-35
• 4.3.2 風扇工作距離和電壓對電堆散熱的影響35-37
• 4.4 結論37-38
• 第5章 空冷型PEMFC電堆短路實驗38-51
• 5.1 短路實驗系統(tǒng)平臺38-40
• 5.1.1 實驗儀器設備39
• 5.1.2 系統(tǒng)工作原理39-40
• 5.2 實驗方案40
• 5.3 實驗結果與分析40-50
• 5.3.1 短路時間對單體電池輸出電壓的影響40-43
• 5.3.2 短路周期對燃料單體電池輸出電壓的影響43-45
• 5.3.3 不同短路周期、短路時間對應的電堆功率平均值45-47
• 5.3.4 短路產(chǎn)生的水量和熱量47-48
• 5.3.5 短路對燃料電池性能提升原因的假設48-49
• 5.3.6 短路造成的負面影響49-50
• 5.4 結論50-51
• 結論與展望51-52
• 致謝52-53
• 參考文獻53-57
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文57

【參考文獻】

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本文編號：710833