质子交换膜燃料电池水淹/膜干研究
发布时间：2021-06-25 02:18
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）以其能量转换效率高、环境友好及工作温度低等优势,在新能源领域受到广泛的青睐。但是目前PEMFC制造成本高、故障频发、寿命较短等约束了PEMFC大规模商业推广应用。由于PEMFC是一种多物理场耦合的非线性复杂系统,导致其故障的因素很多,尤其随着PEMFC功率增大,容易发生水淹/膜干现象。本文以实验室现有5kW电堆为实验对象,使用水冷型质子交换膜燃料电池测试平台,结合燃料电池在线交流阻抗谱测试仪进行了多组水淹/膜干实验,本文主要研究内容如下:（1）对PEMFC电堆的水淹/膜干问题进行了综述,从堆内水的迁移机理、产生原因及危害、检测方法和缓解措施几个方面进行了总结和归纳。在经典Randles电路模型的基础上进行改进得出适用于本电堆的R（C（R（RC）））等效电路模型。（2）通过控制变量法,分别改变电堆的温度及阴/阳极过量系数对电堆进行水淹实验。通过分析各条件下电压、交流阻抗谱以及均衡性得出对电堆水淹状态影响程度依次为:温度、阴极过量系数、阳极过量系数;检测水淹的主要参考依据为阴/阳极法拉第阻...
【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】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验用水冷型测试平台均采用可切换式干/湿两路气体供应方案
图 2-3 平台操作系统主界面2.2.2 在线交流阻抗谱测试仪本实验使用燃料电池在线交流阻抗谱测试仪(TrueData-EIS)测量单片和电堆阻抗谱，对被测电极加小振幅正弦波电流进行扰动，并通过快速检测扰动产生的响应，得出被测电极的交流阻抗谱。该设备可实现非损伤燃料电池电堆在线研究和诊断，可在无人值守下进行自动化测试；用于不同工况运行时的燃料电池电堆的电化学阻抗谱测试；多路器选件可轻松实现多通道交流阻抗谱序列测试。该设备主要参数如表 2-1 所示，设备主图及界面图如图 2-4 所示。表 2-1 在线交流阻抗谱测试仪主要参数实验参数 数值 实验参数 数值阻抗测量范围(Ω) 1 10-4~15 调制电流(A) 0~5电流测量范围(A) 0~500 阻抗准确度 至 0.025mΩ
图 2-4 在线交流阻抗谱测试仪及操作主界面交流阻抗谱具有频率范围广、对体系扰动小等优点，能够快速准确的反应出PEMFC 中电化学反应过程，相较于极化曲线，交流阻抗谱中包含更多的信息。设备具有测量精度高、采集数据速度快、操作响应快、操作简单等优点。2.2.3 5kW 燃料电池电堆本实验使用的额定功率为 5kW 燃料电池电堆，由 30 片 PEMFC 单片组成，相关操作参数如表 2-2 所示，电堆连接图如 2-5 所示。表 2-2 5kW 电堆相关参数设计尺寸 数值 实验参数 数值电堆重量(kg) 15 氢气相对湿度 不增湿电堆长度(mm) 428 空气相对湿度 50~100%电堆宽度(mm) 135 氢气侧操作压力(kPa) 85电堆高度(mm) 122 空气侧操作压力(kPa) 70
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同水传输机理模型下的PEMFC水管理[J]. 李桦,王世学. 工程热物理学报. 2013(08)
[2]质子交换膜燃料电池水含量实验测量方法综述[J]. 张新丰,章桐. 仪器仪表学报. 2012(09)
[3]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[4]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)
[5]燃料电池混合动力列车的研究现状与发展趋势[J]. 陈维荣,钱清泉,李奇. 西南交通大学学报. 2009(01)
[6]质子交换膜燃料电池故障诊断[J]. 郭家兴,朱新坚,曹广益. 电源技术. 2008(08)
[7]质子交换膜燃料电池在军事中的应用前景[J]. 李国超,简弃非,孙绍云. 兵工学报. 2007(04)
[8]氢能——我国未来的清洁能源[J]. 毛宗强. 化工学报. 2004(S1)
[9]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
[10]质子交换膜燃料电池技术进展[J]. 郝德利,韩立明,薛金生,平晓山,刘崇刚. 电源技术. 2001(06)
博士论文
[1]质子交换膜燃料电池水气管理研究及其优化设计[D]. 陈奔.武汉理工大学 2015
[2]车用质子交换膜燃料电池湿度软测量研究[D]. 谭保华.武汉理工大学 2014
[3]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
硕士论文
[1]水冷型PEMFC输出特性研究及优化[D]. 何丽.西南交通大学 2018
[2]质子交换膜燃料电池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大学 2013
[3]燃料电池混合动力系统设计[D]. 王珂.西南交通大学 2012
[4]燃料电池内阻在线测试软件系统与健康状态监测研究[D]. 罗良庆.武汉理工大学 2010
[5]燃料电池单片内阻在线测试与PEM含水量软测量研究[D]. 舒芝锋.武汉理工大学 2008
[6]质子交换膜燃料电池反极现象研究[D]. 华周发.武汉理工大学 2006
[7]燃料电池发电系统应用分析[D]. 胡利华.重庆大学 2005
本文编号：3248290
【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】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验用水冷型测试平台均采用可切换式干/湿两路气体供应方案
图 2-3 平台操作系统主界面2.2.2 在线交流阻抗谱测试仪本实验使用燃料电池在线交流阻抗谱测试仪(TrueData-EIS)测量单片和电堆阻抗谱，对被测电极加小振幅正弦波电流进行扰动，并通过快速检测扰动产生的响应，得出被测电极的交流阻抗谱。该设备可实现非损伤燃料电池电堆在线研究和诊断，可在无人值守下进行自动化测试；用于不同工况运行时的燃料电池电堆的电化学阻抗谱测试；多路器选件可轻松实现多通道交流阻抗谱序列测试。该设备主要参数如表 2-1 所示，设备主图及界面图如图 2-4 所示。表 2-1 在线交流阻抗谱测试仪主要参数实验参数 数值 实验参数 数值阻抗测量范围(Ω) 1 10-4~15 调制电流(A) 0~5电流测量范围(A) 0~500 阻抗准确度 至 0.025mΩ
图 2-4 在线交流阻抗谱测试仪及操作主界面交流阻抗谱具有频率范围广、对体系扰动小等优点，能够快速准确的反应出PEMFC 中电化学反应过程，相较于极化曲线，交流阻抗谱中包含更多的信息。设备具有测量精度高、采集数据速度快、操作响应快、操作简单等优点。2.2.3 5kW 燃料电池电堆本实验使用的额定功率为 5kW 燃料电池电堆，由 30 片 PEMFC 单片组成，相关操作参数如表 2-2 所示，电堆连接图如 2-5 所示。表 2-2 5kW 电堆相关参数设计尺寸 数值 实验参数 数值电堆重量(kg) 15 氢气相对湿度 不增湿电堆长度(mm) 428 空气相对湿度 50~100%电堆宽度(mm) 135 氢气侧操作压力(kPa) 85电堆高度(mm) 122 空气侧操作压力(kPa) 70
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同水传输机理模型下的PEMFC水管理[J]. 李桦,王世学. 工程热物理学报. 2013(08)
[2]质子交换膜燃料电池水含量实验测量方法综述[J]. 张新丰,章桐. 仪器仪表学报. 2012(09)
[3]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[4]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)
[5]燃料电池混合动力列车的研究现状与发展趋势[J]. 陈维荣,钱清泉,李奇. 西南交通大学学报. 2009(01)
[6]质子交换膜燃料电池故障诊断[J]. 郭家兴,朱新坚,曹广益. 电源技术. 2008(08)
[7]质子交换膜燃料电池在军事中的应用前景[J]. 李国超,简弃非,孙绍云. 兵工学报. 2007(04)
[8]氢能——我国未来的清洁能源[J]. 毛宗强. 化工学报. 2004(S1)
[9]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
[10]质子交换膜燃料电池技术进展[J]. 郝德利,韩立明,薛金生,平晓山,刘崇刚. 电源技术. 2001(06)
博士论文
[1]质子交换膜燃料电池水气管理研究及其优化设计[D]. 陈奔.武汉理工大学 2015
[2]车用质子交换膜燃料电池湿度软测量研究[D]. 谭保华.武汉理工大学 2014
[3]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
硕士论文
[1]水冷型PEMFC输出特性研究及优化[D]. 何丽.西南交通大学 2018
[2]质子交换膜燃料电池控制策略研究[D]. 朱星光.西南交通大学 2013
[3]燃料电池混合动力系统设计[D]. 王珂.西南交通大学 2012
[4]燃料电池内阻在线测试软件系统与健康状态监测研究[D]. 罗良庆.武汉理工大学 2010
[5]燃料电池单片内阻在线测试与PEM含水量软测量研究[D]. 舒芝锋.武汉理工大学 2008
[6]质子交换膜燃料电池反极现象研究[D]. 华周发.武汉理工大学 2006
[7]燃料电池发电系统应用分析[D]. 胡利华.重庆大学 2005
本文编号：3248290
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