發(fā)布時間：2017-08-10 04:08

  本文關(guān)鍵詞：面向PEMFC輸出性能優(yōu)化的EIS頻率正割角方法研究

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【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有無腐蝕、操作溫度低和啟動快等特點(diǎn),有著光明的應(yīng)用前景。實(shí)際工作中,PEMFC輸出性能并不穩(wěn)定,需實(shí)時對操作條件進(jìn)行調(diào)節(jié)以優(yōu)化電堆輸出性能,因此本文探究了燃料電池操作條件對輸出性能的影響規(guī)律,針對PEMFC輸出性能檢測與優(yōu)化問題作了深入研究。首先,結(jié)合當(dāng)前PEMFC國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,提出了一種新方法實(shí)現(xiàn)對電堆輸出性能進(jìn)行快速檢測及優(yōu)化。該方法將電堆電化學(xué)交流阻抗譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)中兩個特定頻率點(diǎn)連線獲得其與實(shí)軸夾角α(以下簡稱“頻率正割角法”),利用電堆當(dāng)前工況下α_P(實(shí)際正割角)與電堆最優(yōu)輸出性能情況下α_O(理想正割角)對比,以α_O為判斷標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化目標(biāo),可以實(shí)現(xiàn)快速檢測電堆內(nèi)部水熱情況,優(yōu)化電堆輸出性能。其次,建立了電堆操作條件與輸出電壓模型和操作條件與內(nèi)阻模型,通過仿真以及實(shí)際電堆V-I特性實(shí)驗(yàn)確定電堆最優(yōu)輸出性能曲線。進(jìn)而使用EIS法實(shí)驗(yàn)檢測該曲線各電流點(diǎn)的內(nèi)阻參數(shù),通過內(nèi)阻參數(shù)計(jì)算出理想正割角α_O,并擬合α_O與電流密度i的經(jīng)驗(yàn)公式,完成頻率正割角法研究。最后,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對頻率正割角法進(jìn)行驗(yàn)證,使用頻率正割角法對電堆進(jìn)行輸出性能優(yōu)化,對比優(yōu)化前后電堆內(nèi)阻及輸出電壓的變化,證明了該方法是有效可行的。
【關(guān)鍵詞】：PEMFC 操作條件 性能檢測 性能優(yōu)化 頻率正割角法
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 緒論14-21
• 1.1 引言14-15
• 1.2 PEMFC研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 PEMFC輸出性能檢測方法研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 PEMFC輸出性能優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)19-21
• 2 PEMFC輸出特性建模與仿真21-49
• 2.1 PEMFC工作原理與結(jié)構(gòu)21-23
• 2.1.1 PEMFC工作原理21-22
• 2.1.2 PEMFC主要結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2 PEMFC等效電路模型建立及輸出特性分析23-27
• 2.2.1 PEMFC開路電壓分析25-26
• 2.2.2 PEMFC極化現(xiàn)象分析26-27
• 2.3 PEMFC操作條件對輸出性能影響研究27-29
• 2.4 PEMFC操作條件與輸出電壓及內(nèi)阻模型建立29-37
• 2.4.1 活化過電壓、活化電阻與操作條件影響關(guān)系建模30-31
• 2.4.2 歐姆過電壓、歐姆電阻與操作條件影響關(guān)系建模31-32
• 2.4.3 濃差過電壓、濃差電阻與操作條件影響關(guān)系建模32
• 2.4.4 操作條件與輸出電壓關(guān)系建模32-33
• 2.4.5 操作條件與內(nèi)阻關(guān)系建模33
• 2.4.6 操作條件與輸出電壓模型參數(shù)優(yōu)化33-37
• 2.5 模型搭建與仿真結(jié)果分析37-48
• 2.5.1 PEMFC操作條件與輸出電壓及內(nèi)阻模型的搭建37-38
• 2.5.2 PEMFC操作條件與輸出電壓及內(nèi)阻模型仿真結(jié)果分析38-48
• 2.6 本章小結(jié)48-49
• 3 EIS頻率正割角方法與實(shí)驗(yàn)研究49-70
• 3.1 本文方法介紹49-53
• 3.1.1 電化學(xué)交流阻抗譜法（EIS）49-50
• 3.1.2 基于EIS的頻率正割角法50-51
• 3.1.3 頻率正割角法轉(zhuǎn)折頻率選取51-53
• 3.2 質(zhì)子交換膜燃料電池堆實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)53-55
• 3.3 頻率正割角法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析55-69
• 3.3.1 頻率正割角法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)56-57
• 3.3.2 頻率正割角法實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析57-69
• 3.4 本章小結(jié)69-70
• 4 頻率正割角法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證70-74
• 4.1 頻率正割角法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)70-71
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析71-73
• 4.3 本章小結(jié)73-74
• 5 總結(jié)與展望74-76
• 5.1 總結(jié)74-75
• 5.2 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 附錄A 仿真框圖與仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表80-91
• 附錄B 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控界面與實(shí)物圖91-92
• 作者簡歷92

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