【摘要】：提升質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)的性能和使用效率是其大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要前提。當(dāng)單電池或電堆通過(guò)一系列的工程設(shè)計(jì)完成組裝后,改變工作溫度、操作壓力、反應(yīng)濕度和氣體流速等控制參數(shù)是提升電池輸出性能的主要途徑。為使PEMFC輸出性能和利用效率達(dá)到“理想”的狀態(tài),合理地控制這些參數(shù)對(duì)燃料電池商業(yè)化至關(guān)重要。本文以美國(guó)Scribner聯(lián)合公司所提供的890e890ZV燃料電池測(cè)試系統(tǒng)為基礎(chǔ),采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法尋求水冷PEMFC單電池的最佳參數(shù)匹配,研究了控制參數(shù)對(duì)其輸出電壓、內(nèi)部阻抗、輸出效率的影響以及出廠PEMFC單電池性能快速檢驗(yàn)等內(nèi)容。主要研究成果如下:針對(duì)加濕溫度、電池溫度、陰陽(yáng)極過(guò)量系數(shù)這四個(gè)控制變量,利用單因素實(shí)驗(yàn)法、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法和響應(yīng)面法(Response Surface Method,RSM)這三種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法分別尋求質(zhì)子交換膜燃料電池的最佳參數(shù)匹配,使得單片電池的輸出電壓達(dá)到最優(yōu)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)單因素實(shí)驗(yàn)法的測(cè)試周期過(guò)長(zhǎng),且無(wú)法確定各控制參數(shù)對(duì)PEMFC輸出電壓的影響權(quán)重;常見(jiàn)的正交試驗(yàn)法并沒(méi)有考慮到控制參數(shù)之間客觀存在的交互作用,無(wú)法確定各個(gè)控制參數(shù)之間的交互作用對(duì)PEMFC輸出電壓的影響;而應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的響應(yīng)面法不但能夠快速直觀地找到最佳參數(shù)匹配,還可以通過(guò)圖形展示各個(gè)控制變量與輸出量之間的變化趨勢(shì),是三種方法中精度最高、尋優(yōu)最快的。基于響應(yīng)面法分別從PEMFC輸出效率、PEMFC內(nèi)部阻抗和出廠PEMFC單電池性能檢驗(yàn)這三方面展開(kāi)研究:1、以PEMFC單電池效率為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn),由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知大電流密度下陽(yáng)極過(guò)量系數(shù)對(duì)PEMFC輸出效率影響最大,且陽(yáng)極過(guò)量系數(shù)越小,電池輸出效率越高,而其他三個(gè)操作參數(shù)對(duì)PEMFC效率的影響規(guī)律與以PEMFC單電池輸出電壓為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響規(guī)律基本一致;2、將交流阻抗譜法和響應(yīng)面法結(jié)合共同研究控制參數(shù)對(duì)PEMFC內(nèi)部阻抗的影響,可以發(fā)現(xiàn)在大電流密度下電池溫度和加濕溫度是影響歐姆電阻值的主要因素,同時(shí)陰極過(guò)量系數(shù)是影響活化電阻值大小的重要參數(shù);3、根據(jù)響應(yīng)面法的預(yù)測(cè)功能對(duì)隨機(jī)抽取的已經(jīng)活化好的10片出廠單電池輸出性能進(jìn)行檢測(cè),并提出了一種檢驗(yàn)單片質(zhì)子交換膜燃料電池出廠性能的方法。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TM911.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2769947