高分子电解膜燃料电池(一)

燃料电池是把水电解成为氧气和氢气的逆过程.在1839年,英国科学家Sir William Robert Grove发现氢气和氧气能够再结合产生水和电流,这也就是燃料电池的诞生.尽管现在有多种燃料电池,但高分子电解膜燃料电池是车用燃料电池中的领先者,被全球汽车制造商认为是传统内燃机的替代物.     

丰田Mirai氢燃料电池汽车解析(下)

正(接上期)5.燃料电池堆燃料电池堆是通过氢气和氧气的化学反应发电的装置,安装在地板下面。利用氢气罐提供的氢气和从车外吸入的空气中的氧气,产生200V或更高的电压。燃料电池组使用单体电池发电,单体电池由一个电解质膜夹在隔板中组成,几百个单体电池连在一起产生高电压。     

燃料电池汽车步入发展快车道（二）

车用燃料电池的燃料出现多样化燃料电池是以氢气和氧气为原料,利用它们在高温下发生化学反应产生电能的原理制成的装置。质子交换膜燃料电池是目前汽车领域呼声较高的一代动力装置。燃料电池所需的氧气可以从空气中获得,较大的技术难点在于怎样获得所需的燃料——氢气。燃料电池汽车将以多快的速度在全世界普及,取决于所使用的氢燃料的类型。质子交换膜燃料电池目前主要包括氢质子交换膜燃料电池、甲醇重整燃料电池和天然气或汽油重整燃料电池等类型(见表2)。氢:从环保角度来看,理想的解决方案是使用纯净的氢气,然而,尽管氢的比能量最高可达到120.7kJ/g,但是由于氢在常温下为气体,而且单位体积的能量密度小,若使燃料电池汽车行驶里程达到500km,则在常温常压下需要约36m~3的氢气,若用在小轿车上,这将需要很大的存储空间,显然这是不现实的,并且还要以很大的成本在世界各地建立一套新的燃料供应系统。目前解决办法主要有压缩氢气、液化氢气以及合金储氢。压缩氢气就是将氢气比正     

高压质子交换膜燃料电池运行参数优选研究

通过正交试验,研究了空气压力、空气当鼍比、空气-氢气压力差及燃料电池工作温度等运行参数对高压质子交换膜燃料电池性能的影响.对试验结果的分析表明:使用该高压燃料电池时,理应尽可能采用较高的空气当量比,但会相应增加空气压缩机的功率消耗,故在燃料电池发动机整体设计中须加以综合权衡;在较小电流情况下,较高的空气压力有利于燃料电池性能的提高;而随着电流的增加,工作温度对于燃料电池性能的影响增大.     

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...     

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...     

运行工况对PEMFC性能与水含量的影响分析

本文中利用燃料电池单体可视化测试平台和水平衡模型研究质子交换膜燃料电池的性能与水含量的关系和影响因素。首先，给出燃料电池水平衡模型；接着，搭建燃料电池单体可视化测试平台；最后，对进气温度与湿度和氢气与空气的化学计量比对燃料电池的电化学交流阻抗谱、电压和水含量的影响进行测试，并分析其影响因素。     

日本可乐丽开发出燃料电池车用电解质膜

日本株式会社可乐丽（KURARAY）开发出了用于以氢气为燃料的燃料电池车的电解质膜。公司将于2008年3月开始面向汽车厂商供应样品，并计划2010年以后涉足汽车用燃料电池领域。电解质膜通过采用耐热性高的碳氢类高分子材料，将软化温度提高到了氟类膜以上，使得耐用性得以提高。     

燃料电池系统阴极气体压力及流量闭环控制

为简化质子交换膜燃料电池系统中空气压力和空气流量解耦控制算法，在充分分析现有燃料电池系统中普遍使用的离心式空压机特性的基础上，提出一套基于PID和模糊控制的无解耦空气压力、空气流量闭环算法。将该控制算法在空气供应子系统台架和质子交换膜燃料电池系统上进行了测试，结果表明：空气压力和空气流量在燃料电池系统稳态运行时误差分别在1 kPa及1 g/s以内，该算法控制效果良好，精度满足实际需求，且可以很好地规避空压机喘振问题。     

燃料电池客车电池成本及推广难题解读

正燃料电池客车成本中最关键的是燃料电池系统成本。而燃料电池系统成本由燃料电池堆、空气供给系统、氢气供给系统、冷却排水系统及电能控制系统等部分组成,其中,电池堆成本占比高达61%。电池堆成本则由催化剂、质子交换膜、双极板和气体扩散层组成,其中,催化剂成本占比高达53%,其它材料占比较为平均,约为10%左右。     

考虑燃料电池衰退的FCHEV反馈优化控制策略

为了提高插电式燃料电池混合动力汽车的经济性和燃料电池耐久性，在构建燃料电池衰退模型的基础上，制定等效氢气消耗最小（ECMS）的反馈优化控制策略。ECMS反馈优化控制策略中目标价值函数的等效氢气消耗除包括燃料电池氢气消耗和动力电池等效氢气消耗外，还将燃料电池开路电压衰退转化成等效的氢气消耗加入到目标价值函数之中，以电机需求功率P_m、动力电池SOC值为状态变量，动力电池目标功率为控制变量，取使目标价值函数最小的动力电池目标功率作为参考动力电池目标功率输出，并根据反馈的燃料电池电压衰退速率对燃料电池系统输出功率限制变化值ΔP_f进行动态调整，最终得到燃料电池目标功率。通过MATLAB/Simulink建立插电式燃料电池汽车前向仿真模型，采用城市道路循环（UDDS）工况进行验证。研究结果表明：相比基于规则的能量管理策略，电量保持（CS）阶段采用ECMS反馈优化控制策略，氢气消耗量降低2.6%，同时燃料电池的开路电压衰退降低4.1%，基于ECMS的反馈优化控制策略相比基于规则的能量管理策略在高效区间的工作点占比更高；与ΔP_f分别为1，2，3 kW时相比，采用燃料电池系统电压衰退速率反馈调节ΔP_f策略的氢气消耗量为0.105 3 kg，相比ΔP_f为1，2 kW的氢气消耗量（0.121 3，0.110 2 kg）有明显优化，接近ΔP_f为3 kW的氢气消耗量（0.102 9 kg），同时燃料电池电压衰退速率有明显的减小，整车经济性与燃料电池耐久性都得到了改善。     

汽车电子：郡士开发出使用固体电解质的新型氢气传感器

郡士（GUNZE）开发出使用固体电解质的新原理氢气传感器。与目前的接触燃烧式氢气传感器相比，具有不需加热、耗电低以及响应时问短等特点。目标用途为燃料电池汽车、固定式燃料电池以及氢气站等使用氢气的领域。作为固体电解质，沿用了PEFC（高分子固体电解质型燃料电池）一般使用的全氟磺酸类聚合体。然后再附加铂金类催化剂构成。与燃料电池构成相似，但不同之处是不使用氧极和氧气。氢气（H2）在催化剂的作用下分离成氢离子（H^＋）和电子，氢离子穿过固体电解质逸出，因此可以检测出其浓度。     

聚合物电解膜燃料电池堆的开发

燃料电池为商用车的低碳运行作出了重要的贡献。AVL公司旗下的研究人员目前已开发出了1种聚合物电解膜燃料电池堆和1款专用的模拟软件,以便在设计要求、软件可能性及试验数据之间进行深入的研究和优化。     

丰田Mirai氢燃料电池汽车解析(上)

正丰田Mirai四门轿车于2014年12月15日在日本正式上市是丰田汽车公司的第一款氢燃料电池汽车。丰田燃料电池系统将诸如燃料电池堆和高压氢气罐等混合动力技术与燃料电池技术相结合。燃料电池汽车有效地将发电所需的氢气和空气输送到燃料电池,产生电能,并利用电能驱动汽车的牵引电机。高压电零部件包括带电机的燃料电池空气压缩机、空调电动压缩机、燃料电池逆变器、燃料电池堆、燃料电池冷却水泵、燃料电池水泵与氢气泵逆变器、带电机的燃料电池汽车变速器和带转换器的逆变器供电。所有其他常规的汽车电气,如前大灯、音响和仪表都是由一个单独的12V辅助电池供电。在Mirai中设计了许多安全措施,以确保大约244.8V的燃料电池汽车镍氢动力蓄电     

质子交换膜燃料电池发动机空气系统仿真与试验研究

基于AMEsim分析软件建立了质子交换膜燃料电池发动机空气系统模型,对某高压燃料电池发动机台架的空气系统进行了仿真计算和试验验证.结果表明,仿真结果与试验结果基本吻合,具有明显的一致性,仿真研究能够为空气系统设计以及控制提供理论依据.     

倾角安装对电堆性能影响的研究

作为新能源汽车发展新方向,氢燃料电池商用车最近几年在中国取得了快速发展。质子交换膜燃料电池工作温度较低,如果电堆在整车上的安装方式不当,可能导致生成的液态水不能顺利排出而造成电堆水淹,从而影响燃料电池发动机工作的稳定性。目前电堆在整车上的安装方式与排水的影响还未受到研究者的充分重视。本文开展了燃料电池发动机在不同方向上的倾角运行试验,用以模拟整车在坡道上行驶时发动机倾斜可能带来的影响。试验结果表明,发动机在不同方向倾斜角度运行对性能的稳定影响不同,某些方向倾斜安装会造成排水不畅,从而影响性能稳定性。经过分析表明,对于电堆氢气、空气的流场设计不同、分配管设计不同等,燃料电池系统在整车上的安装需遵循利于排水的原则,条件允许的情况下,按照一定方向进行倾斜安装,以利于液态水管理,提升燃料电池发动机工作稳定性和耐久性。     

质子交换膜燃料电池电堆水传输机理综述

质子交换膜燃料电池是一种直接将储存在H2的化学能经与O2反应转化成电能、热能和水的电化学装置.它不受卡诺循环的限制,转化效率高,可以长时间连续运行,具有运行温度低、功率密度高、响应快、启动快、稳定性好以及当使用纯氢气时不会造成环境污染等特点,是未来汽车的理想动力装置之一.合适的湿度条件是燃料电池健康高效运行的必要条件,...     

浅析氢燃料电池车在中国新能源类车型中的发展前景

随着石油能源的枯竭和人类对于保护生态环境的日益重视,减少汽车尾气对空气污染发展新型环保绿色交通运输工具成为人类共识.汽油的热值是0.46*108KJ/kg,氢气的热值是1.43*108KJ/kg理论上氢气的热效能比汽油多3倍,汽油燃烧后产生的是CO2、NO2等温室气体,氢气只产生水,氢燃料电池车已成为汽车发展方向.本文...     

质子交换膜燃料电池在电动车辆上的应用

文章分别介绍并讨论了国内外质子交换膜燃料电池(PEMFC)在电动汽车上的应用现状,描述和总结了各类电池汽车的前景和各自的竞争力,分析了当前燃料电池汽车商业化需要解决的问题,如氢气的供应、成本以及存在的技术问题。     

基于模糊控制的质子交换膜燃料电池氮管理

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极侧的氮向阳极侧扩散,并在阳极侧累积的问题,文章提出一种基于模糊控制的阳极氮管理策略。该策略克服质子交换膜燃料电池阳极氮浓度变化大惯性的特点,采用模糊控制,并使用估计模型的估计结果作为输入变量,并以模糊控制器的输出控制燃料电池氢气路尾排动作,控制阳极侧的氮浓度在阈值范围内。该控制模型具有模型简单实用,控制策略易于表格化,且鲁棒性强等优点。仿真结果证明了该策略的有效性。