质子交换膜燃料电池多物理量动态测量及性能优化研究

发布时间：2021-01-11 09:00

　　燃料电池成本高和寿命不足是车用燃料电池产业化亟待解决的两大难题。为了提升燃料电池性能和缓解其寿命衰减,必须深入研究燃料电池的动态行为和失效机理,并提出实际可用的应对策略,尽可能地缓解电池性能和寿命的衰减。目前,国内外研究学者对实验级单电池的单一参数的原位测量进行了大量研究,没有同时对燃料电池内部的“气-水-热-电”的耦合行为进行研究,特别是对商业级电池或电堆内部多个物理量同时进行原位测量还未有公开文献报道。本文针对目前燃料电池测试存在的不足,研发了高精度燃料电池内部电流密度、温湿度和压强同时测量的原位动态测量系统,借助原位测量研究了操作条件对电池性能的影响,揭示了电池内部物理量的分布特性和典型失效现象的失效机理,并提出了性能优化和寿命衰减缓解措施。本文的主要研究内容如下:明确燃料电池原位动态测量系统的检测要求,研制了200 cm²的商业级测试电堆,研发了36分区电流密度、温湿度和压强检测双极板并给出了相应的检测原理和方案。根据传感器的信号采集类型研发了燃料电池内部多物理量的原位高精度测量系统,为后续燃料电池的动态测量和性能优化提供了研究基础。通过原位测量研究了不同... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1分区电池的组装示意图[35]

中国成都东方电气股份有限公司中央研究院Cong Yin等人[36]利用PCB电路板技术对三根流道的单电池内部的温度、湿度和电流密度进行了检测,如图1-2所示。同时,对其内部反应参数分布进行了研究,建立了稳态两相流燃料电池模型。该检测方案采用PCB板完全代替了燃料电池双极板,极大地改变了电池内双极板的电导特性且无法加工标准深度的流场,因此无法满足电堆内部电流密度的高精度测量。西安交通大学的研究人员[37]将热电偶通过O型密封圈插入到阳极流场板背面,同时在阴极集流板和流场板之间插入了电流密度PCB检测板,实现了在不同电流负载下电池内部温度和电流分布的同时测量,如图1-3所示。由于加入了PCB检测板,改变了电池的装配结构,降低了检测精度。此外,由于热电偶检测精度低,该方法不能实现对电池内部高精度的电流密度和温度检测。

西安交通大学的研究人员[37]将热电偶通过O型密封圈插入到阳极流场板背面,同时在阴极集流板和流场板之间插入了电流密度PCB检测板,实现了在不同电流负载下电池内部温度和电流分布的同时测量,如图1-3所示。由于加入了PCB检测板,改变了电池的装配结构,降低了检测精度。此外,由于热电偶检测精度低,该方法不能实现对电池内部高精度的电流密度和温度检测。华中理工大学的研究人员[38]通过在双极板中布置微型热电偶研究了电堆内的温度分布,测试发现电堆的温度呈抛物线分布,热电偶的安装示意图如图1-4所示。该方法可适用于电堆内部检测,但检测精度只能精确到1°C。

【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池行业标准现状综述[J]. 马秋玉,赵子亮,赵洪辉,王宇鹏,都京,鲍金成.  汽车文摘. 2020(01)
[2]中国氢燃料电池技术发展现状及趋势[J]. 王家恒,韩震.  汽车实用技术. 2019(22)
[3]燃料电池技术发展及应用现状综述(下)[J]. 王吉华,居钰生,易正根,王凯.  现代车用动力. 2018(03)
[4]车用PEMFC性能衰减影响因素的研究现状与展望[J]. 秦孔建,郝冬,侯永平,刘亚楠,周炳龙.  汽车工程学报. 2013(04)



本文编号：2970481