燃料電池延遲特性和燃料電池-蓄電池混合供電系統(tǒng)研究.pdf

1、綠色清潔能源是當(dāng)前世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。作為一種可以直接將氫能轉(zhuǎn)化成電能的電化學(xué)發(fā)電裝置,質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)以其清潔、高效、低噪、工作溫度低等優(yōu)勢成為相關(guān)領(lǐng)域中最受關(guān)注的新能源之一。然而PEMFC在電氣輸出特性上存在的電壓變化范圍較大,輸出特性較軟,對(duì)負(fù)載突變響應(yīng)明顯滯后等不足之處,阻礙了PEMFC邁向商業(yè)化的步伐。在實(shí)際應(yīng)用中,需加入直流變換器和其他輔助

2、電源,并使用適當(dāng)?shù)目刂品绞絹頊p小PEMFC輸出的波動(dòng)幅度和頻率,才能保證PEMFC長期、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地向負(fù)載供電。
　　 本文通過分析燃料氣體在PEMFC電池堆內(nèi)部管道的流動(dòng)和分布情況,得出氫氣分壓值和各單池反應(yīng)處距進(jìn)氣口的通道長度是影響單池動(dòng)態(tài)特性的兩個(gè)關(guān)鍵因素。在深入研究PEMFC系統(tǒng)冷啟動(dòng)過程的基礎(chǔ)上,得出單池間ENernst項(xiàng)的動(dòng)態(tài)特性因電池堆自身結(jié)構(gòu)及環(huán)境因素影響而無法同步進(jìn)行是導(dǎo)致PEMFC系統(tǒng)在電氣輸出上存在延遲特性

3、的根本原因。并提出一種用以描述單池滯后時(shí)長與PEMFC特定參數(shù)之間關(guān)系的定性函數(shù)。另外,在延遲特性實(shí)驗(yàn)中,觀察到了部分單池在啟動(dòng)時(shí)存在“反極”現(xiàn)象,并用等效內(nèi)阻的思想解釋了這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。闡明了PEMFC輸出電流維持穩(wěn)定對(duì)提高供電系統(tǒng)整體性能上的必要性。
　　 為了延長使用壽命、降低制造和維護(hù)成本、減小FC輸出電流的波動(dòng)幅度,本文提出了一種具有效率高、所需元件少、成本低和控制簡單等特點(diǎn)的雙輸入降壓直流變換器電路拓?fù)?并在此拓

4、撲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套能量管理策略和閉環(huán)反饋控制方案,實(shí)現(xiàn)了保證系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定的同時(shí),通過控制蓄電池對(duì)不足能量的補(bǔ)償或?qū)Χ嘤嗄芰康奈諄砭S持PEMFC輸出電流恒定的目標(biāo),從而最大程度地減小了電流紋波,延長了PEMFC使用壽命,降低了系統(tǒng)成本,避免了PEMFC電氣延遲特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能的不利影響。
　　 在理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一臺(tái)500W的原理樣機(jī),并編寫了一套適用于TI公司數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2808的控