自增濕空冷型PEMFC特性的實(shí)驗(yàn)分析.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人類社會(huì)的廣泛關(guān)注。清潔能源的大力開發(fā)利用成為一種必然選擇。燃料電池不涉及到燃燒，可以直接通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。這種電池的最大特點(diǎn)是其不受卡諾循環(huán)的限制，因此能量效率高。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells，以下簡(jiǎn)稱PEMFC)具有體積小、質(zhì)量輕、功率密度高、啟動(dòng)快、無(wú)噪音、零污染等優(yōu)點(diǎn)，在分散電站、便攜式移動(dòng)電源、應(yīng)急不間斷電源以及電動(dòng)汽車等

2、領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
　　PEMFC是一個(gè)非線性、多耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，其工作原理涉及到流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)、熱力學(xué)、電化學(xué)和控制學(xué)等眾多學(xué)科。風(fēng)扇吹走一部分燃料電池陰極生成水，剩余部分水用來(lái)給自增濕質(zhì)子交換膜燃料電池增濕，依據(jù)電池內(nèi)的水平衡控制，自增濕空冷型PEMFC輸出比功率比外增濕PEMFC高，是因?yàn)槠渚?jiǎn)了電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，去除了外增濕設(shè)備。質(zhì)子交換膜燃料電池中水管理與熱管理是緊密關(guān)聯(lián)互相耦合的，有效的水熱管理對(duì)于提高電池的性能和

3、壽命起著關(guān)鍵作用。
　　論文首先在基于實(shí)驗(yàn)室的自增濕空冷型PEMFC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成了陽(yáng)極排氣周期實(shí)驗(yàn)，得到不同負(fù)載情況下最佳排氣方案，并應(yīng)用FluckTi25紅外熱像儀進(jìn)行溫度掃描，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了“水淹”故障診斷和水累積效應(yīng)的分析。
　　其次，PEMFC單片電池的開路電壓比較低，只有0.9V～1.0V。因此通常PEMFC電池堆需要將若干片單電池串聯(lián)起來(lái)以滿足負(fù)載所需電壓。陰極風(fēng)扇系統(tǒng)對(duì)空冷型PEMFC電池性能有很大的影響。通過(guò)設(shè)

4、置不同的風(fēng)扇電壓、風(fēng)道距離對(duì)百瓦級(jí)空冷型PEMFC電池組開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并采集單體電池的電壓，通過(guò)分析輸出性能來(lái)進(jìn)行風(fēng)扇系統(tǒng)優(yōu)化。
　　最后，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的H-1000 PEMFC進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)。設(shè)置不同短路周期、短路時(shí)間，應(yīng)用無(wú)紙記錄儀采集各單電池電壓、電堆電流、電堆溫度、氣體壓強(qiáng)等參數(shù)來(lái)分析電堆輸出性能，進(jìn)而得到最佳短路方案，并分析短路對(duì)燃料電池造成的影響以及其影響機(jī)理。本文結(jié)尾對(duì)上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)所取得的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，還提出了本