本文關(guān)鍵詞：自增濕空冷型PEMFC特性的實(shí)驗(yàn)分析

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【摘要】：能源危機(jī)和環(huán)境問題越來越受到人類社會(huì)的廣泛關(guān)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(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。這種電池的最大特點(diǎn)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(dòng)快、無噪音、零污染等優(yōu)點(diǎn),在分散電站、便攜式移動(dòng)電源、應(yīng)急不間斷電源以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。PEMFC是一個(gè)非線性、多耦合的復(fù)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。風(fēng)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?yàn)槠渚喠穗姵叵到y(tǒng)結(jié)構(gòu),去除了外增濕設(shè)備。質(zhì)子交換膜燃料電池中水管理與熱管理是緊密關(guān)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(guān)鍵作用。論文首先在基于實(shí)驗(yàn)室的自增濕空冷型PEMFC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成了陽極排氣周期實(shí)驗(yàn),得到不同負(fù)載情況下最佳排氣方案,并應(yīng)用FluckTi25紅外熱像儀進(jìn)行溫度掃描,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了“水淹”故障診斷和水累積效應(yīng)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(fù)載所需電壓。陰極風(fēng)扇系統(tǒng)對空冷型PEMFC電池性能有很大的影響。通過設(shè)置不同的風(fēng)扇電壓、風(fēng)道距離對百瓦級(jí)空冷型PEMFC電池組開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn),并采集單體電池的電壓,通過分析輸出性能來進(jìn)行風(fēng)扇系統(tǒng)優(yōu)化。最后,針對實(shí)驗(yàn)室的H-1000 PEMFC進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)。設(shè)置不同短路周期、短路時(shí)間,應(yīng)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(qiáng)等參數(shù)來分析電堆輸出性能,進(jìn)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(jī)理。本文結(jié)尾對上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)所取得的研究成果進(jìn)行了總結(jié),還提出了本課題研究的不足之處,并對本文研究的前景進(jìn)行了分析和展望。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 自增濕 排氣周期 水累積 風(fēng)扇系統(tǒng) 短路 單體電池電壓分布 表面溫度分布
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(dòng)力學(xué)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(shí)驗(yàn)研究22-31
• 3.1 單電池水傳遞模型22-23
• 3.2 實(shí)驗(yàn)測試23-25
• 3.2.1 測試平臺(tái)搭建23-25
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)25
• 3.2.3 表面溫度測量25
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)論30-31
• 第4章 空冷型PEMFC電堆陰極風(fēng)扇系統(tǒng)優(yōu)化31-38
• 4.1 管道中充分發(fā)展的湍流流動(dòng)及能量損失分析31-32
• 4.2 風(fēng)扇系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試32-33
• 4.2.1 燃料電池系統(tǒng)32-33
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方案33
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析33-37
• 4.3.1 風(fēng)扇工作距離和電壓對輸出電流的影響33-35
• 4.3.2 風(fēng)扇工作距離和電壓對電堆散熱的影響35-37
• 4.4 結(jié)論37-38
• 第5章 空冷型PEMFC電堆短路實(shí)驗(yàn)38-51
• 5.1 短路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)38-40
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備39
• 5.1.2 系統(tǒng)工作原理39-40
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方案40
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析40-50
• 5.3.1 短路時(shí)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(shí)間對應(yīng)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(shè)48-49
• 5.3.6 短路造成的負(fù)面影響49-50
• 5.4 結(jié)論50-51
• 結(jié)論與展望51-52
• 致謝52-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文57

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：710833