發(fā)布時間：2021-09-05 14:27

　　質子交換膜燃料電池（PEMFC）是一個集合了物理與化學反應的發(fā)電系統(tǒng),可以將清潔可再生燃料高效的轉換為電能,其性能的好壞取決于輸入的操作參數(shù)和對電池工況的實時調控。電池工作的時候內部參數(shù)是動態(tài)變化的,因此電流密度和溫度存在分布不均的現(xiàn)象,此時電池內部參數(shù)的原位監(jiān)測對于保障其正常工作尤為重要。目前許多PEMFC參數(shù)監(jiān)測技術都具有破壞性或者不能實現(xiàn)原位監(jiān)測。本文圍繞PEMFC內部參數(shù)監(jiān)測技術展開研究,通過仿真和實驗相結合,研究微傳感器對PEMFC性能的影響,并對電池內部溫度和電流密度分布情況進行了研究,主要內容如下:首先,對微傳感器分布位置進行理論研究,建立PEMFC數(shù)學模型,通過數(shù)值仿真,研究陽極流場和陰極流場溫度、電流密度分布情況,分析微傳感器分別位于流道肩和流道內對電池性能的影響,發(fā)現(xiàn)將傳感器置于流道內對PEMFC性能影響更小,且陽極流場和陰極流場溫度和電流密度分布情況相近。其次,闡述PCB蛇形流場分區(qū)原理（PCB分區(qū)技術和電阻網(wǎng)絡技術）及分區(qū)方式,然后根據(jù)微溫度傳感器和電壓傳感器的工作原理對其進行設計,結合分區(qū)流場和微傳感器設計PCB電路,構建分區(qū)電池,接著對微溫度和電壓傳感器進行... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PEMFC的基本工作原理

3PEMFC結構如圖1-1所示，主要由端板（EndPlate）、雙極板（Bipolarplate）、流道（FlowChannel）、氣體擴散層（GasDiffusionLayer,GDL）、催化層（CatalystLayer,CL）、質子交換膜（ProtonExchangeMembrane,PEM）、密封圈等構成，并逐級裝配。其中陰陽極GDL、陰陽極CL以及PEM組成膜電極（MembraneElectrodeAssembly,MEA）[11]。圖1-1PEMFC結構示意圖圖1-2PEMFC的基本工作原理如圖1-2為PEMFC的工作原理，陽極通氫氣，陰極通空氣，反應氣體經(jīng)流道、擴散層、催化層發(fā)生電化學反應。陽極e、H由2H經(jīng)催化劑作用下分解，流道螺栓MEA端板極板墊圈

隹諗懦�。由釉懤`擁那ㄒ疲?飩擁緶?會產(chǎn)生電流。在標況（25℃，101315Pa）下，PEMFC的理論電勢為1.229V，但由于工作過程中存在活化極化、歐姆極化和濃差極化損失，燃料轉化為電能和熱能，實際電勢約為0.7V[12]。實際應用中，需要較大的負載功率時，需要把多個燃料電池串聯(lián)在一起，對于電池內部參數(shù)的監(jiān)測顯得尤為重要。蔡璐瑤[1]研究了PEMFC原位水分布檢測技術及應用，應用了分區(qū)電池系統(tǒng)進行電池原位檢測，為PEMFC水管理提供了一種可視化方法。分區(qū)集流技術路線的主流是利用PCB技術進行分區(qū)電池的設計并用于監(jiān)測。如圖1-3所示，JiaoK等[13]通過同時測量電流和溫度的分布著重研究PEMFC的冷啟動特性，并且還開發(fā)了一種快速估算吹掃時間的分析模型。圖1-3一種使用PCB分區(qū)技術的PEMFC電流和溫度分布采集裝置1.2.2燃料電池監(jiān)測技術的研究現(xiàn)狀電池監(jiān)測技術一般有原位監(jiān)測和異位監(jiān)測兩種技術手段，監(jiān)測即是為了實時掌握燃料電池的內部工況，并且能夠知悉電池的工作特性，為深入研究提供可靠數(shù)據(jù)。在原位監(jiān)測中，根據(jù)測量原理，可分為物理和電化學監(jiān)測法兩種。物理監(jiān)測技術主要是通過外置檢測設備，通過成像技術或者物質分離、成分檢測的方法，以物理檢測手段直觀呈現(xiàn)燃料電池內部參數(shù)分布情況。常用的主要有：1）中子成像；2）光學可視化；3）X光成像；4）質子核磁共振成像（NMRImage）；5）氣相色譜（Gaschromatography）。電化學監(jiān)測方法則利用PEMFC的電化學性質，運用電路測量，通過相關傳感器及外置電路對其進行直接/間接的方式來獲得燃料電池的電壓、電流、電阻

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于電磁場的PEMFC電流分布實時非接觸測量研究[J]. 仲志丹,王冰雪,楊晴霞,黨國輝,李鵬輝.  系統(tǒng)仿真學報. 2014(12)
[2]質子交換膜燃料電池測試系統(tǒng)的國內外研究進展[J]. 泮國榮,胡桂林,李國能,鄭友取,林財榮.  能源工程. 2014(01)

碩士論文
[1]PEMFC分區(qū)集流檢測技術研究及啟停特性分析[D]. 曹繼申.電子科技大學 2018
[2]PEMFC原位水分布檢測技術研究及應用[D]. 蔡璐瑤.電子科技大學 2018
[3]質子交換膜燃料電池測控系統(tǒng)研究[D]. 高一方.西南交通大學 2017
[4]水冷型質子交換膜燃料電池限制高電位策略研究[D]. 李巖.西南交通大學 2017
[5]蒸汽式直接甲醇燃料電池燃料汽化系統(tǒng)設計與性能研究[D]. 張兆春.華南理工大學 2016
[6]質子交換膜燃料電池多工況下在線性能實驗研究[D]. 張智軒.天津大學 2015
[7]鎖緊螺栓對PEMFC電堆雙極板熱力變形影響的研究[D]. 艾有俊.武漢理工大學 2015
[8]基于有限元方法的電池組電流分布檢測分析研究[D]. 王冰雪.河南科技大學 2014
[9]液壓功率智能儀表性能及故障監(jiān)測研究[D]. 張俊.大連海事大學 2012
[10]基于虛擬儀器的太陽能電池熱循環(huán)測試系統(tǒng)研究[D]. 孫昊騁.華中科技大學 2012



本文編號：3385515