质子交换膜燃料电池电堆封装设计综述

为了保证质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆的输出性能、密封性、可靠性和使用寿命,需要对电堆的封装力和封装结构进行理论计算和设计优化。通过建立PEMFC电堆的等效刚度力学模型及相关经验公式,研究了膜电极组件（MEA）接触电阻、气体扩散层（GDL）孔隙率、电堆密封性和抗冲击性与电堆封装力之间的关系。针对电堆封装力的有限元仿真,研究了基于等效面积和等效刚度的仿真优化方法。最后,阐述了电堆封装结构设计方法和结构优化方法。结果表明,基于等效刚度力学模型和经验公式,可以在较短的时间内完成电堆封装力的理论计算,提高了开发效率。同时,采用有限元仿真方法,可以较为准确和直观地完成电堆封装力的设计优化。采用拓扑优化和封装力自补偿计算方法,提高了电堆封装结构设计的合理性。     

车用PEMFC电堆低温起动试验研究

根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆起动和停机的控制策略,建造了PEMFC电堆低温起动平台。用20mm厚的软橡塑泡沫、聚苯乙烯和真空绝缘板将电堆密封,在-10℃环境舱内分别进行保温试验研究;当电堆中最冷的电池阴极催化层的温度达到触发温度(0℃)时,起动并加载PEMFC电堆至某一低温起动试验工况。试验结果揭示了PEMFC电堆低温起动的某些规律,为燃料电池汽车的商业化提供技术基础。     

基于单/双点线性化的质子交换膜燃料电池发动机温度预测控制研究

在已有的45 k W级质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)发动机模型的基础上,将电堆冷却液旁通阀开度、大循环旁通阀开度、水泵转速、风扇开度设定为操控变量,电堆温度设定为输出量,分别设计了单点线性化全工况预测控制(Model Predictive Control,MPC)控制器和两点线性化双MPC控制器,对PEMFC发动机电堆温度进行控制和分析。在相同的仿真环境条件下,分别运行两种控制算法进行仿真运算,并对其结果进行对比分析。仿真试验结果表明,两点线性化双MPC控制的控制效果优于单点线性化全工况MPC控制。     

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...     

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动力系统热管理综述

质子交换膜燃料电池（PEMFC）热管理子系统需要维持电堆及其它部件在适宜的温度范围内运行,对燃料电池系统的正常工作有着至关重要的作用。为跟踪其研究进展,对近年来相关研究进行了综述。首先,总结并对比了面向不同结构动力系统的热管理子系统结构。其次,总结了系统中的产热与传热问题,重点在于燃料电池电堆内部的产热与传热特性。然后,总结了应用于系统的控制策略,包括不同的控制算法和优化目标。最后,总结了相关研究方法。通过对相关研究工作对比分析,提炼了工作重点,指出并展望了未来的研究方向。     

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...     

全功率燃料电池汽车散热系统设计、建模与分析

极端工况下整车的热管理问题是全功率燃料电池汽车面临的主要技术挑战之一。燃料电池汽车中的热源主要来源于电堆、空压机、驱动电机及DC/DC,提出了相应的热管理方式并构建了相应的系统结构,对散热器、水泵、风机等主要部件进行了选型与匹配。利用GT-COOL 软件建立了全功率燃料电池汽车热管理系统仿真计算平台,对极端工况下系统的散热性能进行了分析。结果表明,在该工况下电堆温度达到了84.4 ℃,在许用温度范围内,电堆进出口温差为7.6 ℃,满足内部温度均匀性要求,空压机、DC/DC、驱动电机的温度分别为58.4 ℃、59.6 ℃、61.5 ℃,均满足其温度要求。     

车用燃料电池电堆关键技术研究现状

“双碳”政策大大推动了氢能的发展,而燃料电池作为氢能利用的最佳方式,迎来了新一轮的研究与产业热潮,尤其是商业化较为成熟的车用质子交换膜燃料电池（PEMFC）引发了众多关注。膜电极（MEA）和双极板（BPP）是PEMFC电堆的两大核心部件,决定了电堆的性能和成本。水热管理和低温启动技术对于电堆性能的实现和实际应用的推广也起到了至关重要的作用。本文全面深入地阐述了车用PEMFC膜电极、双极板、水热管理、低温启动等技术对电堆性能、寿命和成本的影响规律,进一步指出各项技术的发展趋势。除此之外,车用燃料电池的商业化应用短期将围绕公共交通以及重型商用车等大型车辆开展,而乘用车对电堆的功率密度和成本提出了更高的要求。     

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.     

车用燃料电池发动机热管理系统研究

建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型,该模型能考虑系统内各部件间及部件与电池堆间的相互影响;应用该模型计算分析了某65 kW车用燃料电池热管理系统对燃料电池堆性能的影响、热管理系统运行参数的控制依据和散热器布置形式的影响等。结果表明,应主要通过调节冷却风扇转速来调整电池堆温度,通过调节冷却水泵来保持电池堆进出口水温温差;散热器并联要优于散热器串联。     

质子交换膜燃料电池发动机热管理研究

论述了质子交换膜燃料电池发动机热管理的重要性以及对电池性能的影响,介绍了热管理系统的设计要求及匹配计算的过程．建立了质子交换膜燃料电池发动机温度模糊控制系统,并通过试验验证,证明其对温度有良好的控制。     

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。     

基于FLUENT的高温PEMFC流场设计

与传统低温燃料电池相比,高温PEM燃料电池可简化燃料电池的水管理和热管理系统,降低系统的复杂性和成本,近年来高温PEMFC的流场设计逐渐成为研究的重点.基于计算流体软件FLUENT中的PEMFc模块,对3种常见的流场形式分别从膜中水舍量、氧气的浓度和电流密度分布3个方面进行了三维数值模拟和综合分析.结果显示,在高温条件下,性能由高到低依次为：单蛇形流场、平行流场和多蛇形流场.该方法可用于高温PEM燃料电池流场的设计指导.     

燃料电池汽车动力系统热管理

介绍了燃料电池汽车动力系统热管理的基本概念，指出热管理研究主要包括关键部件热特性、热管理系统设升和集成优化、车用环境分析与控制、热管理专项技术4个方面，并分别对它们的研究特点与难点、研究方法和进展等进行了阐述。     

车用质子交换膜燃料电池性能仿真与试验研究

总结了燃料电池极化曲线的半经验公式,利用某80kW质子交换膜燃料电池试验数据来拟合公式中的相关系数,同时利用Matlab/Simulink软件建立了质子交换膜燃料电池堆的仿真模型,为燃料电池发动机系统的仿真和分析提供了一个重要工具。通过此模型可以研究燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度、当量比等对电堆性能的影响,从而有助于研究整个燃料电池发动机系统的性能。     

基于相变与液冷耦合的电池热管理系统研究

电池组在高环境温度下以高倍率放电时,电池组温度过高、温差大,极易引发安全问题。笔者针对这一问题设计了一种新的耦合式电池热管理系统。以采用纯石蜡冷却模型作为初始模型,首先探讨不同膨胀石墨质量分数的复合相变材料对于电池组热性能的影响,得出:在30℃的环境温度下,电池组以4C倍率放电时,采用EG质量分数为12%的复合相变材料对电池组进行冷却最优。在最优复合相变材料的基础上引入液冷系统,构建克里格近似模型,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对耦合系统寻优,得出的预测结果精度较高误差最大仅为0.21%。利用算法寻优得出的最优解与初始模型相比,电池组最高温度下降5.29℃降幅为11.46%,最大温差下降0.12℃降幅为54.09%。结果表明:相变材料与液体冷却耦合热管理系统对电池组控温效果显著。     

车用质子交换膜燃料电池水含量估计方法综述

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）进行水管理的目的,是保证电池内部始终处于水平衡状态,实现长期稳定工作并且保持最高输出性能。精细的水管理策略依赖于电池内部的水含量状态准确量化的评估方法。总结归纳了目前国内外PEMFC水含量的估计方法,概括为基于模型以及基于试验的两种方法;在对比分析现有估计方法优缺点的基础上,提出进一步研究的重点及方向。对车用PEMFC水含量在线估计的研究具有重要的理论基础及工程应用价值。