自增湿空冷型PEMFC电压均衡性研究及故障分析
发布时间：2021-02-16 22:35
随着科技的发展与全球化石能源的日益枯竭,新能源技术的发展越来越受到人们的重视,其中质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）因具有能量密度高、启动速度快、工作噪音低、尾气零排放等诸多优点,在分布式电源、交通运输、航天航空等领域得到了广泛的应用。然而由于PEMFC高额的生产成本以及较短的工作寿命,极大的制约了PEMFC的商业化进程,因此为了提升PEMFC的工作寿命,保证PEMFC系统高效、安全、稳定、长久的运行,对PEMFC运行状态以及故障诊断的研究具有重要意义。本文首先介绍了质子交换膜燃料电池的结构、原理、水迁移机制以及自增湿空冷型PEMFC所具有的特点,并搭建了基于Matlab/Simulink的质子交换膜燃料电池仿真模型,主要根据自增湿空冷型PEMFC的特点,结合PEMFC常见的半经验半机理模型以及传质传热理论知识,完善了PEMFC的热力学模型,实现了在不同风扇功率下模拟出PEMFC不同的工作温度响应。并且通过实验验证了该模型在稳态电压输出响应、温度响应以及动态电压输出响应等方面都具有较好的仿真能力。其次针对由新加坡淡马锡...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFC的阴极流道结构
图 2-6 仿真结构图表 2-1 空冷型 PEMFC 仿真参数参数 数值 参数 数值常数 R（J/(K·mol)-1） 8.314 燃料电池经验常数 ξ1-0.9514第常数 F（C·mol-1） 96485 燃料电池经验常数 ξ20.00312电池比热容 Ct129~835 燃料电池经验常数 ξ37.4e10-5层电荷电容 C（F） 2 燃料电池经验常数 ξ4-0.000187活化面积 A（cm2） 8 电池运行系数 B -0.0016气阀摩尔常数 Ka6.44e10-7阳极流场总体积 Va（cm3） 0.24气阀摩尔常数 Kb8.37e10-8阴极流场总体积 Vc（cm3） 0.4入口流量2H ,inq （ml/s）80氧气入口流量2O ,inq （ml/s）160止流体的导热系数 k 2.512 流体的粘性系数 μ 1.81普朗克数 Pr0.7 流体的湿周 P 0.4 实验验证实验采用实验室自制的 PEMFC 单片作为实验对象，其有效反应面积为 8cm2，实
图 3-1 自增湿空冷型 PEMFC表 3-1 PEMFC 设计参数参数 数值功率（W） 0 - 70电流（A） 0 - 8工作电压（V） 7.5 - 14.5单片电池数 15尺寸（mm） 70×40×20工作温度（℃） 0 - 65有效面积（cm2） 8氢气压力（bar） 0.5 - 2.5冷却风扇直流电源
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池故障诊断方法综述及展望[J]. 陈维荣,刘嘉蔚,李奇,郭爱,戴朝华. 中国电机工程学报. 2017(16)
[2]空冷型PEMFC电堆阳极流道水累积效应研究[J]. 卜庆元,李奇,陈维荣,陈冬浩,韩明. 太阳能学报. 2016(08)
[3]质子交换膜燃料电池单体电压均衡性研究综述[J]. 戴朝华,史青,陈维荣,李艳昆,刘志祥,李奇. 中国电机工程学报. 2016(05)
[4]PEMFC电池堆单体电池电压巡检系统开发与实验[J]. 王慕之,赵思臣,王奔,韩明,贾俊波. 电源技术. 2016(01)
[5]燃料电池堆单片电压一致性研究进展[J]. 翁元明,林瑞,唐文超,马建新. 电源技术. 2015(01)
[6]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[7]基于支持向量机的车用燃料电池系统故障诊断[J]. 全睿,全书海,黄亮,谢长君. 振动.测试与诊断. 2012(01)
[8]浅析新能源的利用[J]. 邓鑫. 硅谷. 2010(13)
[9]车用燃料电池在线故障诊断及处理方法[J]. 裴普成,晁鹏翔,袁星. 高技术通讯. 2009(12)
[10]一种改进的质子交换膜燃料电池动态建模[J]. 李奇,陈维荣,贾俊波,刘述奎,刘小强. 系统仿真学报. 2009(12)
博士论文
[1]质子交换膜燃料电池水淹过程研究及故障诊断系统设计[D]. 宋满存.清华大学 2013
[2]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]自增湿空冷型PEMFC特性的实验分析[D]. 陈冬浩.西南交通大学 2015
[2]自增湿阴极开放式PEMFC输出特性实验分析及动态建模[D]. 赵思臣.西南交通大学 2014
[3]质子交换膜燃料电池的Hammerstein模型辨识及其预测控制[D]. 李传霞.北京化工大学 2013
[4]质子交换膜燃料电池热管理的动态建模、控制仿真及故障诊断策略研究[D]. 朱柳.上海交通大学 2012
[5]PEM燃料电池堆单片一致性的研究[D]. 齐基.武汉理工大学 2011
[6]基于神经网络的燃料电池发动机故障诊断系统设计[D]. 熊茜.武汉理工大学 2010
[7]基于正交试验的质子交换膜燃料电池（PEMFC）流场板CFD分析[D]. 王乐萍.天津大学 2009
[8]燃料电池发动机故障诊断研究[D]. 全睿.武汉理工大学 2009
本文编号：3037028
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFC的阴极流道结构
图 2-6 仿真结构图表 2-1 空冷型 PEMFC 仿真参数参数 数值 参数 数值常数 R（J/(K·mol)-1） 8.314 燃料电池经验常数 ξ1-0.9514第常数 F（C·mol-1） 96485 燃料电池经验常数 ξ20.00312电池比热容 Ct129~835 燃料电池经验常数 ξ37.4e10-5层电荷电容 C（F） 2 燃料电池经验常数 ξ4-0.000187活化面积 A（cm2） 8 电池运行系数 B -0.0016气阀摩尔常数 Ka6.44e10-7阳极流场总体积 Va（cm3） 0.24气阀摩尔常数 Kb8.37e10-8阴极流场总体积 Vc（cm3） 0.4入口流量2H ,inq （ml/s）80氧气入口流量2O ,inq （ml/s）160止流体的导热系数 k 2.512 流体的粘性系数 μ 1.81普朗克数 Pr0.7 流体的湿周 P 0.4 实验验证实验采用实验室自制的 PEMFC 单片作为实验对象，其有效反应面积为 8cm2，实
图 3-1 自增湿空冷型 PEMFC表 3-1 PEMFC 设计参数参数 数值功率（W） 0 - 70电流（A） 0 - 8工作电压（V） 7.5 - 14.5单片电池数 15尺寸（mm） 70×40×20工作温度（℃） 0 - 65有效面积（cm2） 8氢气压力（bar） 0.5 - 2.5冷却风扇直流电源
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池故障诊断方法综述及展望[J]. 陈维荣,刘嘉蔚,李奇,郭爱,戴朝华. 中国电机工程学报. 2017(16)
[2]空冷型PEMFC电堆阳极流道水累积效应研究[J]. 卜庆元,李奇,陈维荣,陈冬浩,韩明. 太阳能学报. 2016(08)
[3]质子交换膜燃料电池单体电压均衡性研究综述[J]. 戴朝华,史青,陈维荣,李艳昆,刘志祥,李奇. 中国电机工程学报. 2016(05)
[4]PEMFC电池堆单体电池电压巡检系统开发与实验[J]. 王慕之,赵思臣,王奔,韩明,贾俊波. 电源技术. 2016(01)
[5]燃料电池堆单片电压一致性研究进展[J]. 翁元明,林瑞,唐文超,马建新. 电源技术. 2015(01)
[6]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[7]基于支持向量机的车用燃料电池系统故障诊断[J]. 全睿,全书海,黄亮,谢长君. 振动.测试与诊断. 2012(01)
[8]浅析新能源的利用[J]. 邓鑫. 硅谷. 2010(13)
[9]车用燃料电池在线故障诊断及处理方法[J]. 裴普成,晁鹏翔,袁星. 高技术通讯. 2009(12)
[10]一种改进的质子交换膜燃料电池动态建模[J]. 李奇,陈维荣,贾俊波,刘述奎,刘小强. 系统仿真学报. 2009(12)
博士论文
[1]质子交换膜燃料电池水淹过程研究及故障诊断系统设计[D]. 宋满存.清华大学 2013
[2]质子交换膜燃料电池系统建模及其控制方法研究[D]. 李奇.西南交通大学 2011
硕士论文
[1]自增湿空冷型PEMFC特性的实验分析[D]. 陈冬浩.西南交通大学 2015
[2]自增湿阴极开放式PEMFC输出特性实验分析及动态建模[D]. 赵思臣.西南交通大学 2014
[3]质子交换膜燃料电池的Hammerstein模型辨识及其预测控制[D]. 李传霞.北京化工大学 2013
[4]质子交换膜燃料电池热管理的动态建模、控制仿真及故障诊断策略研究[D]. 朱柳.上海交通大学 2012
[5]PEM燃料电池堆单片一致性的研究[D]. 齐基.武汉理工大学 2011
[6]基于神经网络的燃料电池发动机故障诊断系统设计[D]. 熊茜.武汉理工大学 2010
[7]基于正交试验的质子交换膜燃料电池（PEMFC）流场板CFD分析[D]. 王乐萍.天津大学 2009
[8]燃料电池发动机故障诊断研究[D]. 全睿.武汉理工大学 2009
本文编号：3037028
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