HT-PEMFC高频交流电快速加热技术研究
发布时间：2021-01-31 19:11
高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）工作温度高于100℃,在常温下启动时,必须将电堆加热到工作温度。为了实现HT-PEMFC的快速启动并提高温度均匀性,设计了一种使用高频交流电加热HT-PEMFC电堆的方法。从温度分布、加热功率两个方面对比了交流电加热电堆和加热片加热电堆的方式,分析了两种加热方式对电堆性能的影响。结果表明:使用高频交流电加热电堆时,温度分布更加均匀,能实现电堆的快速升温,在30次升降温循环实验中未发现对电堆性能不利的影响。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１中，黑是催化层质子传导电阻，凡是催化层电子传??导电阻，扎是电荷转移电阻，ｃｄ为双电层电容成是石墨板电??
龙洚技表Ｅｌ??究与设计??３．１温度分布测量??图４是电堆温度测量点分布位置。电堆侧面纵向上每隔９??节电池分布一个测温点，均匀分布８组测温点，测温孔深５??ｍｍ，每个测温点距离所在单节电池中轴线２０?ｃｍ，这８组测温??点用于测量电堆整体的温度。??（ａ）全部测温点分布??图４?电堆温度测置点??如图４（ａ）所示，在电堆上选取４节电池，如图４（ｂ）所示，每??一节均匀分布８个Ｋ型热电偶，测温孔深５?ｍｍ，单节电池上??测温点等间距排列，测量加热时单节电池温度分布。电堆使用??保温棉包裹，通过程序控制升温。??３．２加热实验??３．２．１交流电加热实验??室温２（ＴＣ，使用频率为１?ｋＨｚ幅值为２０?Ｖ的方波交流电??加热电堆，同时开启电堆两端板处的６０?Ｗ加热片，到８个测??温点平均温度升至１２（ＴＣ时停止加热。由于全桥逆变电路所??选用的元件阻抗非常小（１?ｍｆｌ），因此逆变电路的能量损耗完??全可以忽略不计。总的加热功率为ＤＣ－ＤＣ实际输出功率加上??两个端板加热片的实际功率。??Ｐｔ＝ＵｆＩｆ＋Ｕ０Ｉ０＋ＵｂＩｂ?（３）??式中：Ｐ，为加热总功率；为前端加热片的电压和电流；Ｉ／。、??忍为ＤＣ－ＤＣ输出电压和电流；为后端加热片的电压和电??流。??电堆自然冷却至室温，然后重复进行升降温实验。每升降??温１０次，测一次燃料电池性能数据。??３＿２．２加热片加热实验??室温２０°Ｃ?，使用燃料电池电堆端板两侧的两个６０?Ｗ加??热片、电堆侧面的２００?Ｗ加热片和一个６０?Ｗ加热片加热电??堆，在加热的过程中记录温度、电压、电流等数据，８个测温点??平均温度升至１２０?＇Ｃ时停止加热。总的加
究与设计??ＺＺＳＺ??（ａ＞高频交流电加热电堆温度分布??图６?高频交流电加热电堆和加热片加热电堆整体的温度分布情况??从电堆整体的温度分布来看，高频交流电加热相对比较??均勻，两侧端板的温度差异通过使用更大功率的加热片或更??换端板的材料解决。高频交流电加热在初期电压恒定的情况??下由于温度相对较低，ＰＥＭ的欧姆电阻较大，加热功率较小，??随着温度的升高，ＰＥＭ的欧姆电阻变小，加热功率变大。??４．１．３加热功率??图７是交流加热和加热片加热时电堆温度和加热功率之??间的关系图。??使用高频交流电加热电堆时，加热功率可控，在不损害电??堆ＰＥＭ的情况下能灵活控制升温速度。而使用加热片加热电??堆时，随着温度升高，加热功率略有下降。从３０’Ｃ升温到１１０??°Ｃ?，加热片加热需要１?１７４?ｓ，交流电加热仅需要４８０?ｓ，大大缩??短了升温时间。??４．２交流加热对电堆性能影响??〇＞）加热片加热温度和加热功率??１４００??１２００??１０００??８００??６００??４００??２００??０??图７?电堆温度和加热功率之间的关系图??性能对比情况如图８所示。??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??电池节数??（ａ＞第一次升降温实验后电堆性能对比??１０００??８００??＾?６００??５５?４００??２００??０??１０００??８００??＞?６００??＾?４００??２００??０??电池节数??（ｂ）最后一次升降温实验后电堆性能对比??图８?交流加热和加热片加热电堆升降温实验后的性能变化??电池节数??交流加热和加热片加热两种方式下重复升降温实验后
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于氢气低温催化燃烧的燃料电池低温启动研究进展[J]. 袁庆,郑俊生,马建新. 化工进展. 2013(06)
[2]高温质子交换膜燃料电池研究进展[J]. 梁洪浩,许思传,常国锋. 电源技术. 2012(02)
[3]质子交换膜燃料电池冷启动机理及冷启动策略[J]. 马建新,高鑫,张存满. 电源技术. 2009(07)
本文编号：3011432
【文章来源】：电源技术. 2020,44(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１中，黑是催化层质子传导电阻，凡是催化层电子传??导电阻，扎是电荷转移电阻，ｃｄ为双电层电容成是石墨板电??
龙洚技表Ｅｌ??究与设计??３．１温度分布测量??图４是电堆温度测量点分布位置。电堆侧面纵向上每隔９??节电池分布一个测温点，均匀分布８组测温点，测温孔深５??ｍｍ，每个测温点距离所在单节电池中轴线２０?ｃｍ，这８组测温??点用于测量电堆整体的温度。??（ａ）全部测温点分布??图４?电堆温度测置点??如图４（ａ）所示，在电堆上选取４节电池，如图４（ｂ）所示，每??一节均匀分布８个Ｋ型热电偶，测温孔深５?ｍｍ，单节电池上??测温点等间距排列，测量加热时单节电池温度分布。电堆使用??保温棉包裹，通过程序控制升温。??３．２加热实验??３．２．１交流电加热实验??室温２（ＴＣ，使用频率为１?ｋＨｚ幅值为２０?Ｖ的方波交流电??加热电堆，同时开启电堆两端板处的６０?Ｗ加热片，到８个测??温点平均温度升至１２（ＴＣ时停止加热。由于全桥逆变电路所??选用的元件阻抗非常小（１?ｍｆｌ），因此逆变电路的能量损耗完??全可以忽略不计。总的加热功率为ＤＣ－ＤＣ实际输出功率加上??两个端板加热片的实际功率。??Ｐｔ＝ＵｆＩｆ＋Ｕ０Ｉ０＋ＵｂＩｂ?（３）??式中：Ｐ，为加热总功率；为前端加热片的电压和电流；Ｉ／。、??忍为ＤＣ－ＤＣ输出电压和电流；为后端加热片的电压和电??流。??电堆自然冷却至室温，然后重复进行升降温实验。每升降??温１０次，测一次燃料电池性能数据。??３＿２．２加热片加热实验??室温２０°Ｃ?，使用燃料电池电堆端板两侧的两个６０?Ｗ加??热片、电堆侧面的２００?Ｗ加热片和一个６０?Ｗ加热片加热电??堆，在加热的过程中记录温度、电压、电流等数据，８个测温点??平均温度升至１２０?＇Ｃ时停止加热。总的加
究与设计??ＺＺＳＺ??（ａ＞高频交流电加热电堆温度分布??图６?高频交流电加热电堆和加热片加热电堆整体的温度分布情况??从电堆整体的温度分布来看，高频交流电加热相对比较??均勻，两侧端板的温度差异通过使用更大功率的加热片或更??换端板的材料解决。高频交流电加热在初期电压恒定的情况??下由于温度相对较低，ＰＥＭ的欧姆电阻较大，加热功率较小，??随着温度的升高，ＰＥＭ的欧姆电阻变小，加热功率变大。??４．１．３加热功率??图７是交流加热和加热片加热时电堆温度和加热功率之??间的关系图。??使用高频交流电加热电堆时，加热功率可控，在不损害电??堆ＰＥＭ的情况下能灵活控制升温速度。而使用加热片加热电??堆时，随着温度升高，加热功率略有下降。从３０’Ｃ升温到１１０??°Ｃ?，加热片加热需要１?１７４?ｓ，交流电加热仅需要４８０?ｓ，大大缩??短了升温时间。??４．２交流加热对电堆性能影响??〇＞）加热片加热温度和加热功率??１４００??１２００??１０００??８００??６００??４００??２００??０??图７?电堆温度和加热功率之间的关系图??性能对比情况如图８所示。??０?１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??电池节数??（ａ＞第一次升降温实验后电堆性能对比??１０００??８００??＾?６００??５５?４００??２００??０??１０００??８００??＞?６００??＾?４００??２００??０??电池节数??（ｂ）最后一次升降温实验后电堆性能对比??图８?交流加热和加热片加热电堆升降温实验后的性能变化??电池节数??交流加热和加热片加热两种方式下重复升降温实验后
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于氢气低温催化燃烧的燃料电池低温启动研究进展[J]. 袁庆,郑俊生,马建新. 化工进展. 2013(06)
[2]高温质子交换膜燃料电池研究进展[J]. 梁洪浩,许思传,常国锋. 电源技术. 2012(02)
[3]质子交换膜燃料电池冷启动机理及冷启动策略[J]. 马建新,高鑫,张存满. 电源技术. 2009(07)
本文编号：3011432
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