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.     

质子交换膜燃料电池汽车冷起动性能的研究

建立了一个质子交换膜燃料电池电堆的冷起动模型,对燃料电池汽车的冷起动性能进行仿真,旨在通过对电堆中不同位置、不同数量的电池进行外部加热,使电堆充分利用自身的热量,以减小冷起动过程中所需的外部加热功率。结果表明,该方法可使电堆中有更多的单电池在冷起动过程中恢复工作,冷起动的时间更短,从而明显有效地提高燃料电池电堆的冷起动性能。     

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。     

PEM燃料电池电堆低温起动试验

为评价不同参数对PEM燃料电池电堆低温起动性能的影响,搭建了燃料电池电堆低温起动试验平台,对5 kW燃料电池电堆在-5℃、-10℃和-15℃下的低温起动性能进行了试验研究。结果表明,在低温下恒电压模式比恒电流模式更有利于电堆升温;电堆起动电压为30 V时升温速度快于40 V和20 V时;初始温度越低时电堆升温速率越慢。另外,经过低温起动后电堆性能发生了衰减,电镜扫描结果也显示经过低温起动后电堆质子交换膜局部出现了破损,应采取措施减缓低温起动对电堆的损伤。     

高功率薄型金属双极板质子交换膜燃料电堆研究

对高功率车用薄型金属双极板PEM燃料电堆模块进行测试研究,电堆模块表现出良好的特性。在工作电流50～120A的窗口区间内,单池电压具有相对最好的均匀一致性。在320A放电电流下,使用纯氢/氧气的电堆输出功率比使用氢/空气高出约10%。对4单体薄型金属双极板燃料电池短堆进行耐久性测试,累计超过2900h,平均单池电压衰减率约为10mV/1000h。     

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。     

基于单片阻抗一致性吹扫的燃料电池低温冷启动策略研究

车用石墨板燃料电池低温冷启动能力弱,是影响燃料电池技术在北方寒冷地区大规模推广的重要瓶颈。饥饿自升温是一种常见的低温冷启动策略,其基本原理是通过降低反应物供应速率来增加过电势,短时间在电池内部产生大量热量从而实现快速升温。该方法原理简单,但对电堆单体初始含水量一致性要求高、且易出现单片反极和尾排氢浓度超标的情况,影响系统安全性和电堆耐久性。针对上述问题,课题组研制了单体多通道交流阻抗在线测试装置,提出了面向单片阻抗一致性的电堆优化吹扫策略,建立了基于定电压变流量泵氢控制的低温冷启动方法,实现了低温启动瞬态过程的高产热、高安全、高动态的电压、电流、进堆/旁通空气流量的多目标多参数的耦合协调控制。台架实验结果表明,采用优化吹扫策略后,单片阻抗间最大差值由0.7降低至0.2 mΩ以下;燃料电池发动机系统可实现124 s内-40℃下快速启动,且重复性好。相关技术在北京冬奥会燃料电池示范中获得了应用,验证了其有效性。     

氢燃料电池电堆安全性测试项目研究

根据车用氢燃料电池电堆在整车行驶/停放时的实际工作环境和状态,考虑氢燃料电池汽车的各种事故情况,参考车用储能装置和燃气汽车的现行标准和试验项目,针对车用氢燃料电池电堆的特殊原理结构,对电堆的安全性测试项目进行分析研究。     

氢燃料电池汽车发动机关键技术研究现状及趋势展望

针对国内外氢燃料电池汽车发动机的电堆及其关键组件、关键零部件及水热管理技术,总结了其研究现状和发展趋势。在电堆及其关键组件研究方面,为进一步提高电堆功率,降低电堆成本,可着手于有序化膜电极制备工艺的研发,发展低铂催化剂以及探究金属双极板及其涂层技术。在关键零部件研发方面,空气压缩机和氢气循环泵将朝着大流量、小型化等方向发展。在水热管理研究方面,优化双极板流场和气体扩散层的微孔结构,采用复合控制策略等方式有利于燃料电池的水热管理。     

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。     

电动汽车电动液压式动力转向系统的控制

为了实现燃料电池电动客车的动力转向功能,提出了直流电机通过联轴机构直接驱动油泵的电动液压式动力转向系统。通过建立电机电压与油泵流量、电机电流与油泵压力的数学模型,设计了具有恒压和恒流复合输出特性的电机控制器。在恒压特性作用下,油泵流量恒定;在恒流特性作用下,实现了油泵流量和压力的自适应控制,避免了油液溢流现象。结果表明,系统工作稳定、能量效率高,在燃料电池电动客车上获得了成功的应用。     

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.     

驱动参数对GDI压电喷油器特性影响的试验研究

在油泵试验台上采用不同驱动方式对汽油机缸内直喷(GDI)压电喷油器的流量特性和响应特性进行了研究,测量了喷油器的喷油量、针阀开启时间等参数随驱动电压、电流的变化规律.研究表明:采用单峰值和恒定电流驱动方式,随着驱动电压的增大,喷油量近似呈线性增加,当电压大于155 V时,喷油量保持不变;采用多峰值电流驱动,随着驱动电压的增大,喷油量不断增大.采用恒定电流和多峰值电流驱动时,驱动电流对喷油量的变化影响不大.相同电流时,多峰值电流驱动的喷油量小于恒定电流驱动的喷油量.压电喷油器的响应时间随着驱动电压、驱动电流和电流变化率的增加逐渐减少,并最终趋于稳定.     

质子交换膜燃料电池气体扩散层研究进展

气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组件,在燃料电池电堆中起到电子传导、反应气体传输、电堆水热管理的作用.近年来,随着质子交换膜燃料电池的开发和应用愈发广泛,气体扩散层的开发已成为加快燃料电池产业落地的关键因素.重点阐述了质子交换膜燃料电池气体扩散层的市场发展、制备技术及工艺优化问题,评价了最新...     

质子交换膜燃料电池催化剂研究进展

降低催化剂成本、提高催化剂性能是燃料电池汽车实现商业化的前提。本文结合质子交换膜燃料电池关键材料催化剂的现状,主要从铂基催化剂、其他贵金属催化剂和非铂基催化剂对质子交换膜燃料电池催化剂研究进展和热点进行分析及展望。     

车用质子交换膜燃料电池电堆耐久性问题研究综述

近年来,在国内外研究人员的不懈努力下,燃料电池技术取得了长足的进步。但是,耐久性差和可靠性不足,仍然是阻碍其大规模商业化的重要因素。现阶段针对燃料电池性能衰减问题的研究,从关键组件到核心材料,有很多新的观点、规律和机理,已经得到大家的认可。然而,燃料电池内部微观层面的复杂的结构蠕变和粒子传输特性衰变,依然模糊不清。本文主要介绍了燃料电池的基本原理,以及在典型车载燃料电池工况包括启-停工况、怠速工况、动态负荷工况、额定功率工况和过载工况下的衰减过程机理。这些研究成果的综述,对质子交换膜燃料电池堆耐久性机理研究及耐久工况的设计实施具有重要意义。     

振动对燃料电池电堆气密性的影响分析

为了解振动对燃料电池电堆气密性的影响,本文依据SAE J2380-2018的振动标准,利用多轴振动台架和气密性测试台对两个燃料电池电堆样品进行振动试验,测得了燃料电池电堆样品在振动前后的气密性变化结果。试验结果表明:振动对燃料电池电堆的气密性有一定的影响,样品的气密性均有所下降,燃料电池电堆的气密性与尺寸和结构等有一定的关系。     

Effects of stack array orientation on fuel cell efficiency for auxiliary power unit applications

The commercial fuel cell products currently appearing on the market are self-contained fuel cell engines. These engines can be used for many applications that are presently dominated by internal combustion engines or batteries. Vehicle mounted fuel cell auxiliary power units have been attracting attention lately. Additionally, there is a market based incentive to use multiple small fuel cell arrays in place of a single large fuel cell for some applications. Typically, fuel cells are designed to operate as stand-alone units. This paper investigates the ability of small commercial stacks to operate in common array arrangements. Although an individual Nexa is able to produce 1500 W, Dual Nexas do not maintain that capability while in array configurations. With an overall load share ratio of 1.02:1 the series array reliably produced 2900 W of power, while with an overall load share ratio of 1.09:1 the parallel array reliably produced only 2800 W of power. This study shows that array orientation affects both system stack net efficiency and individual stack net efficiency. The information gained from this study may be helpful for fuel cell design and integration.