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。     

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...     

基于道路循环工况的燃料电池空压机瞬态性能试验研究EI北大核心CSCD

燃料电池空压机的动态工作特性直接决定了燃料电池系统的实际工作性能。为通过试验系统地分析空压机的瞬态性能变化规律,搭建了空压机动态性能测试台,设计了一种可反映空压机真实工作特征的瞬态测试工况,分析了单个瞬态测试循环下空压机性能与运行参数的变化特性。结果表明,空压机在瞬态工况下的运行点主要位于稳态脉谱图的中间窄带部分,处于较高效率的工作区间;空压机的进出口流量差受压比和温度比共同影响而剧烈波动,且在高转速区域流量差较大,主要介于3.5~8.5 m~3/h之间;高转速区域最大功率消耗达到5.6 kW,造成较大的寄生损失,而出口温度变化的敏感性较低;当空压机转速由9750 r/min快速降低至4450 r/min时,流量变化存在约2 s的滞后。     

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。     

车用质子交换膜燃料电池空气供应系统自适应解耦控制方法研究

当空压机性能发生衰减或静态特性发生变化时,采用前馈补偿解耦闭环控制算法对车用质子交换膜燃料电池空气供应系统基于该算法进行控制的品质会变差。为此本文在前馈补偿解耦闭环控制的基础上增加了自适应查表算法,以期提高空压机转速调节能力。硬件在环仿真结果表明,改进后的自适应解耦控制算法可在线和自适应地更新空压机转速标定表,从而有效消除PI调节器积分饱和现象,使空压机响应速度更快,入堆空气流量的控制效果更好。     

基于Fluent的氢燃料电池空压机性能分析

文章针对某款氢燃料电池空压机建立二维模型,然后导入ICEMCFD软件进行网格划分,再利用Fluent 18.0软件,基于标准k-ε模型,采用SIMPLEC算法对其内部流场进行数值模拟,并分析了空压机内部流动现象和规律,最后与参考文献结果进行比较,验证了空压机仿真的准确性。     

加压燃料电池发动机开发

以系统可靠性和耐久性为开发重点,通过引进空压机突破加压燃料电池发动机的技术障碍,提高系统工作压力到0.1 MPa左右.通过加压改善系统的增湿情况,提供系统工作温度,验证引进空压机的可靠性和在燃料电池系统中适应性,开发一套可用于轿车的燃料电池发动机.     

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。     

一种多功能燃料电池堆实验台的研发

针对目前商业化燃料电池堆测试平台难以满足研发测试要求的现状,如空气和氢气供应系统不能实现车用燃料电池堆供气湿度和电压主动调节等功能,基于清华团队多年燃料电池系统研究成果,研发了多功能燃料电池堆测试平台。该平台不仅能较准确地为燃料电池堆提供接近车用实际运行工况的宽范围工作条件,且因增添了集成阳极和阴极出口背压主动调节功能和阴阳极双循环功能,实现了研究所需的燃料电池堆输出特性。     

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.     

Air flow trajectory and surge avoidance of centrifugal compressor under variable pressure operation of automotive fuel cells

The compressor of an automotive proton exchange membrane fuel cell requires severe dynamic performance under normal driving patterns. Because the air flow demand of the automotive fuel cell requires steep increase/decrease, it is very important to understand the air flow trajectory of the centrifugal compressor to avoid the compressor surge. In this study, a simulation model of an automotive fuel cell system with a dynamic compressor was developed to investigate the proper trajectory of air flow rate on a performance map of an air compressor. The dynamic response of the compressor shows that the cathode inlet and exit valves have a significant effect on surge evolution. In particular, the results showed that a proper combination of valve opening areas is required to avoid compressor surge. In this study, the original two valve approach was reduced to a single cathode exit valve control with fixed cathode inlet orifice. A surge rejection algorithm was also developed, based on the comparison of surge protection envelope pressure with actual measured pressure. The results show that surge evolution is effectively avoided by controlling the cathode exit valve.     

无叶扩压器收缩角对车用离心压气机性能影响的数值研究

对采用不同收缩角无叶扩压器的同一离心压气机进行了数值模拟,并就收缩角对压气机性能影响进行了详尽分析,并结合流场分析得出了这些影响所对应的流动机理,为进一步提升该压气机性能及为以后离心压气机无叶扩压器的设计提供参考。     

双涡轮增压系统压气机通流特性匹配方法

通过离心式压气机特性图谱分析,建立了压气机通流特性模型来表征节流线。基于压气机通流特性模型,针对车用柴油机典型工况建立了性能指标函数,从而指导增压系统匹配方案的确定。针对典型双涡轮增压系统,明确了增压系统匹配流程,建立基于压气机通流特性的匹配方法。针对某型6缸增压柴油机不同工况的性能参数指标,进行了相继增压系统和可调两级增压系统匹配计算,分别进行了大小增压器和高低压级增压器选型。通过搭建柴油机相继和可调两级增压系统试验台架,试验验证了双涡轮增压系统匹配方案,试验结果表明,所匹配的相继和可调两级增压系统能够满足不同典型工况的压比和流量要求,进而实现柴油机不同工况的性能指标,保证了柴油机全工况范围的正常运行。同时根据柴油机试验结果,以燃油经济性最优为目标,确定了相继和可调两级增压系统全工况控制策略。     

电动汽车燃料电池增程器应用——小功率空气压缩机建模与仿真

将小功率燃料电池系统作为增程器是解决电动汽车续驶里程不理想的可选方法之一。针对适用于燃料电池增程器系统的滑片式空气压缩机,利用相关测试数据和热力学校正的方法,建立空气压缩机模型并进行相关仿真研究。仿真结果表明,该空气压缩机模型能够反映环境因素、出口背压和空压机转速对出口空气流量的影响,能为整个燃料电池增程器系统的设计和优化提供有用的信息。     

加压燃料电池发动机开发

以系统可靠性和耐久性为开发重点,通过引进空压机突破加压燃料电池发动机的技术障碍,提高系统工作压力到0．1MPa左右。通过加压改善系统的增湿情况,提供系统工作温度,验证引进空压机的可靠性和在燃料电池系统中适应性,开发一套可用于轿车的燃料电池发动机。     

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.     

VGT叶片开度对二级增压柴油机高海拔低速匹配特性的影响

基于二级可调增压柴油机高海拔性能模拟试验平台,研究了不同海拔条件下 VGT 叶片开度对高压共轨柴油机二级可调增压系统低速匹配特性的影响。研究结果表明：不同海拔下,随着 VGT 叶片开度的减小,高压级涡轮的涡轮膨胀比和压气机压比、绝热效率逐渐提高,而低压级涡轮膨胀比及压气机效率变化则趋于平缓,因此两级压气机总压比、总效率和总功率的变化趋势与高压级压气机一致;柴油机进气流量及空燃比随着 VGT 叶片开度的减小而增大,动力性及经济性也随之升高;海拔0～4500 m ,高压级压气机匹配状况良好,联合运行线均位于高效率区内。     

小流量下离心压气机流场分析及喘振机理研究

利用数值模拟的手段对某小型离心压气机在设计转速下小流量工况时压气机内部流动现象的非定常效应进行了分析,明确了喘振发生前离心压气机各部件非定常流动的特点,通过对稳态计算结果的分析发现了离心压气机在近喘工况时各部件性能均下降的特点,综合非稳态和稳态的分析结果提出了一种新的压气机喘振发生机理并进行了相应探讨.     

双面叶轮离心压气机内部流动特性研究

针对双面叶轮离心压气机的叶轮内部流动特性进行了研究,通过台架试验对单、双面离心压气机进行了对比分析,验证了 CFD 仿真模型的正确性。并在此基础上详细探讨了双面叶轮出口处流动的掺混特性以及机匣处理对双面离心压气机内部流动结构的影响。结果表明：双面离心压气机较单面压气机流量范围有了较大的提升,双面叶轮压气机扩压器内流动呈现极大的不对称性,从而导致了叶轮出口处的掺混效应。机匣处理装置可以使双面离心压气机处在良好的并行工作状态,对改善压气机性能有很重要的作用。