AMESim仿真软件在燃料电池系统开发中的应用

利用AMESim软件建立了质子交换膜燃料电池发动机一维仿真模型,包括电堆、空气系统、氢气系统和冷却系统。从空压机选型、电堆运行条件匹配、冷启动和整车经济性四个方面介绍了AMESim仿真软件的应用。仿真结果表明,电堆运行条件对系统零部件选型尤其是空压机影响较大,适当降低进气计量比和进气压力可降低部件功率消耗,提升系统整体效率,PTC水加热器可以大幅缩短燃料电池发动机冷启动时间,减小系统怠速功率可提升整车经济性。应用AMESim软件进行仿真分析对于燃料电池发动机设计开发具体一定的指导意义。     

车用质子交换膜燃料电池典型工况的试验研究

针对发动机的典型工况,对车用低压燃料电池堆性能的影响因素进行了试验研究。怠速工况主要研究不同进气湿度、不同空气过量系数及不同进气压力对电堆性能的影响;额定工况主要研究过饱和增湿下积水对电堆性能的影响。结果表明:适当的过饱和增湿以及增加电堆的进气压力能改善电堆的怠速性能;在高负荷高湿度的情况下,电堆内部存在积水现象,影响电堆单片电压的一致性。     

基于计算流体力学的大型质子交换膜燃料电池电堆歧管尺寸优化分析

为了提高大型质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆的配气均匀性，基于单电池模拟结果建立了由300片多孔介质堆栈组成的电堆模型，利用计算流体力学（CFD）技术研究了歧管宽度对大型电堆内压强降及反应物浓度的影响。结果表明：增大进气歧管宽度会使电堆内压强降和反应物浓度均匀性略微变差；相对于进气歧管，排气歧管尺寸对电堆性能影响更大；阳极侧，压强降和反应物浓度的均匀性与排气歧管宽度成正比。     

质子交换膜燃料电池系统的最优工作温度研究

在完成燃料电池系统集成后,需要对整个系统的运行参数进行进一步的优化.本文对50kW燃料电池系统进行活化,分别在在55℃、60℃、65℃、68℃、70℃运行温度标定工况,根据不同温度下运行工况后的电堆内阻及80％额定功率下电堆电压确定燃料电池系统的最佳运行温度.研究表明,该燃料电池系统的最佳工作温度为68℃.     

国产化车用燃料电池动力系统的研发方向

为研发车用燃料电池动力系统,对国产与国外主要车企产品进行对比。存在主要差距有:1)国产燃料电池动力系统的输出功率和效率偏低;2)电堆功率密度不高;3)空压机的开发不足。因而,国产化燃料电池动力系统的研发方向包括:提高燃料电池的功率输出和空压机的性能,使燃料电池动力系统工作在高效区,以提高整车性能;改进操作条件和材料,提高电堆电池反应面积和单位面积上的电压,以提高电堆功率密度;实现空压机的低载低压和高载高压,扩展空压机的喘振线范围,以实现高速高效。     

质子交换膜燃料电池堆运行参数优化设计

采用田口法对质子交换膜燃料电池堆的运行参数进行优化,利用L16(45)正交表安排试验方案,在5kW质子交换膜燃料电池堆上进行电堆性能测试.对电堆输出特性的信噪比(SN比)进行方差分析,结果表明气体压力和电堆温度是高度显著因素.给出了运行参数的优化值及电堆最佳性能的置信区间,并进行了试验验证.     

2015年新源动力燃料电池系统达到新水平——访上海新源动力股份有限公司总经理胡军

介绍燃料电池发动机低压进气、中压进气、高压进气方式利弊、国内外燃料电池堆和上海新源动力用于轿车和客车燃料电池发动机的性能。     

质子交换膜燃料电池系统建模与仿真分析

本文基于Amesim软件建立完整的燃料电池系统模型,包含电堆、空气系统、氢气系统和冷却系统模型,研究系统操作条件变化对系统性能的影响,结果表明,该模型可对空气计量比、电堆空入压力、电堆氢入压力、电堆水入温度等参数进行敏感性分析,并选出了最优系统运行操作条件及其对应的系统功率和效率输出,支持系统开发和操作条件优化。     

燃料电池空气供应系统非线性鲁棒控制

提出了一种质子交换膜燃料电池空气供应系统非线性鲁棒控制方法.控制目标是在阶跃负载电流条件下过氧比和电堆阴极压力调整到期望值,避免燃料电池空气供应系统出现氧气不足的现象,获得最大净功率.建立了面向控制的空气供应系统多输入多输出模型,针对空气供应系统模型中电堆阴极压力不能直接测量和模型具有非线性程度高、耦合性强、参数的不确定性大等特点,设计了非线性鲁棒控制方法,该方法包括微分观测器和基于反馈线性化的非线性鲁棒控制器.进行了仿真试验,验证了模型精度,并在负载电流阶跃变化和系统参数不确定的条件下,验证了微分观测器和燃料电池空气供应系统非线性鲁棒控制方法的鲁棒性和有效性.     

氢燃料电池发动机热管理系统的控制方案研究

针对目前氢燃料电池发动机系统在变载过程中存在的电堆温度波动较大、热管理子系统响应速度慢等问题,提出了基于电堆功率、电堆进出口冷却液温差、冷却液流量等多参数跟随的热管理控制方案.利用AMESim仿真软件对某款氢燃料电池发动机的热管理系统建立了一维仿真模型,并在典型工况下对不同控制方案进行仿真分析.结果 表明:水泵转速跟随...     

车用大功率燃料电池发动机进气系统控制

为满足100 kW大功率氢燃料电池发动机工作时气体供应需求，开发进气系统控制策略。首先对燃料电池电堆及进气系统进行建模，依托被控对象模型设计开发了“MAP前馈+PID反馈”的阴、阳极进气控制策略，采用单片电压状态与系统效率加权求和的方式标定阳极吹扫时间，并通过台架测试验证了该策略部署到实际控制器中的控制效果。结果显示，在稳态和瞬态工况中均实现了对压力和流量的快速响应，使得电流拉载速率提高到120和-170 A/s，阳极压力稳态和瞬态控制精度分别为98.93%和95.10%，全功率单片电压平均值为15 mV，一致性较好。基于测试数据标定搭建了阴极进气系统状态方程，开发了集成非线性扰动观测器和基于Lyapunov直接法的非线性控制器的进气方案，经MIL仿真测试显示了对空气进气控制目标的准确控制，为进一步提高控制系统响应精度提供了理论基础。     

燃料电池车电堆支架静强度及疲劳仿真分析

以某燃料电池车电堆支架为研究对象,运用三维设计软件CATIA设计电堆支架3D几何模型,运用仿真软件HyperWorks建立电堆支架有限元模型,并分析了支架结构强度和疲劳寿命。针对不满足设计目标的方案进行了优化,使其满足设计需求,并通过了实车耐久测试和燃料电池系统台架耐久测试验证~([1])。     

车用质子交换膜燃料电池系统技术评估与分析

根据当前车用质子交换膜燃料电池系统技术现状与相关研究活动,对电堆功率密度、成本指标、系统寿命、冷起动、储氢技术和燃料电池模块化等相关技术方案进行评估与分析。     

节温器布置形式对质子交换膜燃料电池电堆冷却性能的影响

运用一维仿真软件建立质子交换膜燃料电池液冷系统模型,研究了不同节温器布置形式对系统的性能影响。对某额定功率30 kW的燃料电池发动机在4个不同工况点进行液冷系统散热特性仿真:在节温器一进两出的布置形式下仿真结果与试验数据基本一致,电堆出口温度仿真值与实测值相对误差分别为0.5%、1.5%、2.4%、4.9%;节温器两进一出的布置形式下液冷系统中冷却液温度变化平缓而均匀,前10 s和第10~50 s之间的温度变化率之差较一进两出形式低36.85%,更有利于电堆的长期高效运行。     

博世氢燃料电池中心在无锡奠基

<正>博世集团首个在德国以外的燃料电池中心——博世中国氢燃料电池中心近日在无锡奠基。该中心将为博世正积极布局的车用燃料电池技术在商用车和乘用车领域的应用铺平道路。此次在无锡建立的全新氢燃料电池中心将主要用于研发、试制氢燃料电池动力总成相关产品,具备从关键零部件到电堆乃至燃料电池系统全部测试设备以及电堆     

车用燃料电池发动机模型搭建及仿真研究

利用AMESim搭建质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机单电池和电堆瞬态仿真模型,同时利用某80 kW质子交换膜燃料电池电堆试验数据验证了该仿真模型的正确性,为燃料电池的仿真及预测分析提供了一种新的工具.通过此模型研究了燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度等对电堆性能的影响,同时也预测了阳极侧杂质气体含量对电堆性能的影响.     

车用燃料电池系统高海拔运行研究

燃料电池的性能对阴极的空气压力与过量系数非常敏感,尤其在高海拔地区,由于空气稀薄,燃料电池系统输出会受到较大的限制,这将直接影响整车性能。文章对不同海拔高度下的车用燃料电池系统性能、效率进行了研究,并优化了电堆操作条件,为整车策略调整提供了重要输入。     

车用燃料电池热管理性能仿真与试验研究

热管理是影响燃料电池性能与寿命的重要因素之一,其中燃料电池热管理系统设计与建模是研究的难点。首先用理论推导方法建立燃料电池的热模型,并通过台架试验验证该模型的准确性。其次建立整车燃料电池热管理系统一维仿真模型,对影响电堆出水温度的风速和风温两个因素进行灵敏度分析。最后通过仿真计算,分析3种典型工况下电堆的出水温度,并开展整车环模试验进行验证。结果表明,所建立的燃料电池热管理系统模型可以准确分析电堆在不同工况下的出水温度,为整车开发过程中燃料电池热管理性能的分析与优化提供参考,对提高燃料电池汽车热管理水平具有实际的工程意义。     

车载供氢系统

介绍了车用的高压气态供氢系统,研究了方案的相关安全性。系统采用35MPa的高压储氢罐,多功能瓶阀集成在高压气瓶内部,供氢管路采用316不锈钢管路。系统的储氢量可以提供300km的行驶距离。讨论了车载供氢系统的氢安全策略和实现方案,以及车载供氢系统在整车的布置方案和燃料电池车的氢管路系统。     

燃料电池废热驱动弹热制冷装置性能分析

热驱动弹热制冷是利用形状记忆合金被加热变形来驱动弹热材料相变从而产生制冷效应的新型固态制冷技术。本文设计了一种将弹热制冷装置与燃料电池相结合的组合系统,利用燃料电池产生的废热来驱动弹热制冷装置,以提高能量利用效率,并产生制冷效果。基于燃料电池和弹热制冷的工作原理,采用Simulink建立了全系统动态耦合仿真模型,研究了组合系统的动态工作特性,并分析了运行参数对系统性能的影响规律。结果表明：增加弹热制冷装置能提高整个系统的能量利用效率,电堆工作温度为80℃时该系统可产生1.76 kW的制冷功率,调整电堆工作压强至2.5 atm可最大化系统的综合输出功率和运行效率,电堆电流密度对组合系统的输出功率和运行效率呈现相反的影响趋势。