質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）以其能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好及工作溫度低等優(yōu)勢,在新能源領(lǐng)域受到廣泛的青睞。但是目前PEMFC制造成本高、故障頻發(fā)、壽命較短等約束了PEMFC大規(guī)模商業(yè)推廣應(yīng)用。由于PEMFC是一種多物理場耦合的非線性復(fù)雜系統(tǒng),導(dǎo)致其故障的因素很多,尤其隨著PEMFC功率增大,容易發(fā)生水淹/膜干現(xiàn)象。本文以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有5kW電堆為實(shí)驗(yàn)對象,使用水冷型質(zhì)子交換膜燃料電池測試平臺,結(jié)合燃料電池在線交流阻抗譜測試儀進(jìn)行了多組水淹/膜干實(shí)驗(yàn),本文主要研究內(nèi)容如下:（1）對PEMFC電堆的水淹/膜干問題進(jìn)行了綜述,從堆內(nèi)水的遷移機(jī)理、產(chǎn)生原因及危害、檢測方法和緩解措施幾個方面進(jìn)行了總結(jié)和歸納。在經(jīng)典Randles電路模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)得出適用于本電堆的R（C（R（RC）））等效電路模型。（2）通過控制變量法,分別改變電堆的溫度及陰/陽極過量系數(shù)對電堆進(jìn)行水淹實(shí)驗(yàn)。通過分析各條件下電壓、交流阻抗譜以及均衡性得出對電堆水淹狀態(tài)影響程度依次為:溫度、陰極過量系數(shù)、陽極過量系數(shù);檢測水淹的主要參考依據(jù)為陰/陽極法拉第阻... 

【文章來源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)用水冷型測試平臺均采用可切換式干/濕兩路氣體供應(yīng)方案

圖 2-3 平臺操作系統(tǒng)主界面2.2.2 在線交流阻抗譜測試儀本實(shí)驗(yàn)使用燃料電池在線交流阻抗譜測試儀(TrueData-EIS)測量單片和電堆阻抗譜，對被測電極加小振幅正弦波電流進(jìn)行擾動，并通過快速檢測擾動產(chǎn)生的響應(yīng)，得出被測電極的交流阻抗譜。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)非損傷燃料電池電堆在線研究和診斷，可在無人值守下進(jìn)行自動化測試；用于不同工況運(yùn)行時(shí)的燃料電池電堆的電化學(xué)阻抗譜測試；多路器選件可輕松實(shí)現(xiàn)多通道交流阻抗譜序列測試。該設(shè)備主要參數(shù)如表 2-1 所示，設(shè)備主圖及界面圖如圖 2-4 所示。表 2-1 在線交流阻抗譜測試儀主要參數(shù)實(shí)驗(yàn)參數(shù) 數(shù)值 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 數(shù)值阻抗測量范圍(Ω) 1 10-4~15 調(diào)制電流(A) 0~5電流測量范圍(A) 0~500 阻抗準(zhǔn)確度 至 0.025mΩ

圖 2-4 在線交流阻抗譜測試儀及操作主界面交流阻抗譜具有頻率范圍廣、對體系擾動小等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速準(zhǔn)確的反應(yīng)出PEMFC 中電化學(xué)反應(yīng)過程，相較于極化曲線，交流阻抗譜中包含更多的信息。設(shè)備具有測量精度高、采集數(shù)據(jù)速度快、操作響應(yīng)快、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。2.2.3 5kW 燃料電池電堆本實(shí)驗(yàn)使用的額定功率為 5kW 燃料電池電堆，由 30 片 PEMFC 單片組成，相關(guān)操作參數(shù)如表 2-2 所示，電堆連接圖如 2-5 所示。表 2-2 5kW 電堆相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)尺寸 數(shù)值 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 數(shù)值電堆重量(kg) 15 氫氣相對濕度 不增濕電堆長度(mm) 428 空氣相對濕度 50~100%電堆寬度(mm) 135 氫氣側(cè)操作壓力(kPa) 85電堆高度(mm) 122 空氣側(cè)操作壓力(kPa) 70

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[4]燃料電池內(nèi)阻在線測試軟件系統(tǒng)與健康狀態(tài)監(jiān)測研究[D]. 羅良慶.武漢理工大學(xué) 2010
[5]燃料電池單片內(nèi)阻在線測試與PEM含水量軟測量研究[D]. 舒芝鋒.武漢理工大學(xué) 2008
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本文編號：3248290