本文關鍵詞：質子交換膜燃料電池關鍵技術研究

  更多相關文章： 質子交換膜燃料電池 數(shù)值模擬 相對濕度 熱耦合 停機策略

【摘要】：質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)是一種新型的電化學發(fā)電裝置,打破了傳統(tǒng)的發(fā)電模式,以燃料和氧化劑通過電解質進行電化學反應的方式,直接將貯存在燃料和氧化劑中的化學能高效且環(huán)保地轉化為電能。質子交換膜燃料電池由于具有運行溫度低、功率密度高、響應速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點,在分布式電站、便攜式移動電源、新能源車輛等領域具有非常廣闊的應用前景。本文主要針對空冷型PEMFC研究了陰、陽極反應氣體相對濕度對PEMFC性能影響的差異性、燃料電池與金屬儲氫器的熱耦合管理以及燃料電池停機控制策略等內容。主要研究成果如下：(1)陰、陽極氣體相對濕度影響燃料電池內部水的傳輸和質子交換膜的質子傳導率,合適的陰、陽極氣體濕度有利于改善和提高燃料電池的性能。通過建立一個三維直流道質子交換膜燃料電池單體模型,運用數(shù)值模擬方法研究了陰、陽極氣體相對濕度對PEMFC性能的影響及差異性,為尋找最佳的陰、陽極反應氣體濕度奠定了基礎。(2)基于空冷型PEMFC測試系統(tǒng)開展了燃料電池與金屬儲氫器的熱耦合管理研究,通過將金屬儲氫器分別前置和后置這兩種與燃料電池不同的熱耦合方式,驗證了一種新型的燃料電池與金屬儲氫器的熱耦合管理系統(tǒng)結構,該耦合系統(tǒng)結構考慮了外部環(huán)境溫度對燃料電池系統(tǒng)的影響,可以根據環(huán)境溫度的高低選擇合適的熱耦合管理系統(tǒng)結構,從而使燃料電池系統(tǒng)始終處于高效率運行狀態(tài)。(3)針對PEMFC電堆停機過程中使用恒定輔助負載時,由于殘余氣體消耗不均勻容易引起單電池反極化現(xiàn)象的發(fā)生,提出了計及電壓均衡的兩種不同的PEMFC電堆停機策略。該方法通過采用對電堆中各個單體電池獨立進行放電和采用非線性放電負載對燃料電池放電等停機控制策略,在顯著縮短單體電池處于高電位時間的同時,很好的避免了停機過程中殘余氣體消耗不均勻的現(xiàn)象,有效的杜絕了電堆停機過程中單電池反極化現(xiàn)象的發(fā)生,也提高了單體電池電壓均衡性。
【關鍵詞】：質子交換膜燃料電池 數(shù)值模擬 相對濕度 熱耦合 停機策略
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 研究意義11-13
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 陰、陽極加濕對PEMFC性能影響的差異性13
• 1.2.2 PEMFC與金屬儲氫器的熱管理13-14
• 1.2.3 PEMFC電源系統(tǒng)停機策略14-16
• 1.3 主要研究內容16-17
• 1.4 結構安排17-18
• 第2章 陰、陽極氣體加濕對PEMFC性能影響的差異性18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 直流道質子交換膜燃料電池模型18-19
• 2.2.1 幾何模型及網格劃分18-19
• 2.2.2 模型假設19
• 2.3 計算結果與討論19-24
• 2.3.1 陽極氣體濕度對PEMFC性能的影響19-21
• 2.3.2 陰極氣體濕度對PEMFC性能的影響21-23
• 2.3.3 陰、陽極氣體濕度對PEMFC性能影響的差異性23-24
• 2.4 小結24-25
• 第3章 質子交換膜燃料電池測試系統(tǒng)25-30
• 3.1 引言25
• 3.2 質子交換膜燃料電池的工作原理25-27
• 3.3 質子交換膜燃料電池電源系統(tǒng)27-28
• 3.4 空冷自增濕PEMFC測試系統(tǒng)28-30
• 第4章 PEMFC電源系統(tǒng)耦合熱管理實驗研究30-38
• 4.1 引言30
• 4.2 PEMFC與金屬儲氯器的熱分析30-31
• 4.3 實驗方案31-32
• 4.3.1 實驗系統(tǒng)31-32
• 4.3.2 實驗條件32
• 4.4 實驗結果與分析32-37
• 4.4.1 電堆輸出特性32-33
• 4.4.2 單電池電壓均衡性33-34
• 4.4.3 溫度的影響34-35
• 4.4.4 風扇的功耗35-37
• 4.5 小結37-38
• 第5章 PEMFC電源系統(tǒng)停機策略38-49
• 5.1 引言38
• 5.2 PEMFC啟停過程38-39
• 5.3 PEMFC啟停過程性能衰減機理39-42
• 5.3.1 碳載體的氧化反應39-40
• 5.3.2 反向電流機理40-41
• 5.3.3 局部燃料缺氣41-42
• 5.4 PEMFC電源系統(tǒng)停機策略42-47
• 5.4.1 直接停機42-43
• 5.4.2 恒定的放電負載43-45
• 5.4.3 模塊化放電45-46
• 5.4.4 非線性放電負載46-47
• 5.5 小結47-49
• 結論49-51
• 致謝51-52
• 參考文獻52-55
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及科研成果55

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本文編號：1093221