面向燃料电池外特性的老化行为建模及延寿策略研究
发布时间：2020-12-26 03:34
氢能与燃料电池技术作为当下能源技术革命的重点,是构建安全、高效、环保、可持续发展能源经济中的重要一环,因此广泛应用于固定和移动发电领域。然而,燃料电池的耐久性是制约其大规模商业化应用的最大阻碍,尤其是汽车领域,道路环境复杂且空气组分存在地域性差异,这会加剧燃料电池的性能退化。因此,研究车用环境下燃料电池老化行为建模方法与延寿策略具有重大意义。基于外部传感器信息,本文构建了燃料电池外特性与内部老化机理之间的映射关系,并从预后健康管理和动力系统结构优化两个不同的角度制定了针对性的延寿策略,主要工作及创新点如下:1)针对燃料电池老化行为建模问题,分析了车用环境下各类工况对燃料电池寿命的影响,利用不同工况下性能退化的关键因素构建了各组件的性能退化因果链;针对燃料电池内部物理和化学过程难以观测的问题,基于传感器信息构建了外部属性特征与内部老化机理之间的映射关系,并建立了燃料电池老化行为量化表征的指标体系。2)针对燃料电池的健康状态评估问题,采用电堆交流阻抗作为评价指标,提出了一种基于解析法的等效电路模型对燃料电池进行量化表征,能够有效地匹配等效电路模型的拓扑结构与阻抗谱几何形状。基于复非线性最小...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１本论文的整体框架??和物理参数之间的逻辑关系
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【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能与燃料电池发展现状及展望[J]. 邵志刚,衣宝廉. 中国科学院院刊. 2019(04)
[2]基于数据驱动的质子交换膜燃料电池寿命预测[J]. 张雪霞,高雨璇,陈维荣. 西南交通大学学报. 2020(02)
[3]四部委发布《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》[J]. 资源再生. 2017(01)
[4]中国新能源汽车的发展现状及趋势[J]. 王小峰,于志民. 科技导报. 2016(17)
[5]《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》正式发布[J]. 胡敏. 炼油技术与工程. 2016(07)
[6]车用质子交换膜燃料电池经济寿命的研究[J]. 陈会翠,裴普成. 汽车工程. 2015(09)
[7]燃料电池汽车研究现状及发展[J]. 李建秋,方川,徐梁飞. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[8]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)
[9]Power-balancing Instantaneous Optimization Energy Management for a Novel Series-parallel Hybrid Electric Bus[J]. SUN Dongye, LIN Xinyou*, QIN Datong, and DENG Tao State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 40030, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(06)
[10]车用燃料电池系统的性能衰退机理及影响因素分析[J]. 张新丰,杨代军,周拓. 汽车安全与节能学报. 2012(03)
博士论文
[1]储能锂电池系统状态估计与热故障诊断研究[D]. 魏婧雯.中国科学技术大学 2019
本文编号：2938956
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１本论文的整体框架??和物理参数之间的逻辑关系
?第２章燃料电池机理与老化分析???????１?１?＂?＊１?－电??ｆｉｆＳｆｌ??１＿三画１：１１??ＢＰ?＇?Ｉ?ＡＧＤＬ?ＡＣＬ?ＰＥＭ?ＣＣＬ?ＣＧＤＬ?Ｉｆ?Ｉ?ＢＰ??ＡＧＤＬ：阳极气術ｒｍｓ?ＣＧＤＬ阴极气＃ｒｍｇ??ＡＣＬ：阳极催化剂层?ＣＣＬ阴极催化剂层??ＰＥＭ：质子交换膜?ＢＰ：驭极板??图２．１质子交换膜燃料电池反应机理??Ｈ２?？?？??Ｈ２?．＊??‘?Ｄ?Ｚ气??反应物ｍ２／ｏ，）?＼、?’＇??＾?＇?＼＾０?ｖ．??４ｎｃ??欺?ｎ＼?．Ｈ：０?…？??Ｕ、、?（Ｈ，??产物（ＨａＯ）??ｖ?■■丨■丨■＿■■■■?？??ＳＭｉｉＭ??图２．２氢－氧化合反应过程能量变化??值，如式（２．４）所示。??Ｗｅ，ｅｃ?＝?－ＡＧ?（２．４）??燃料电池所作电功可以表示为阴阳极电压差￡和迁移电荷ｇ的乘积，并且??电荷是由电子携带，因此燃料电池输出电功可以表示为：??Ｗｅｌｅｃ?＝?－ｎＦＥ?（２．５）??其中，《为迁移电子的摩尔数；Ｆ为法拉第常数。联立式（２．４）和（２．５）可知：??ＡＧ?＝?－ｎＦＥ?（２．６）??在标准状况下，氢氧燃料电池的吉布斯自由能变化ＡＧｇ为－２３７ｋＪ／ｍｏｌ?（产物??为液态水），则标准状况下的可逆电压为：??Ａ?／＾〇??Ｅ０?＝?＝?１．２２９?Ｖ?（２．７）??ｎＦ?ｖ?’??１７??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]氢能与燃料电池发展现状及展望[J]. 邵志刚,衣宝廉. 中国科学院院刊. 2019(04)
[2]基于数据驱动的质子交换膜燃料电池寿命预测[J]. 张雪霞,高雨璇,陈维荣. 西南交通大学学报. 2020(02)
[3]四部委发布《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》[J]. 资源再生. 2017(01)
[4]中国新能源汽车的发展现状及趋势[J]. 王小峰,于志民. 科技导报. 2016(17)
[5]《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》正式发布[J]. 胡敏. 炼油技术与工程. 2016(07)
[6]车用质子交换膜燃料电池经济寿命的研究[J]. 陈会翠,裴普成. 汽车工程. 2015(09)
[7]燃料电池汽车研究现状及发展[J]. 李建秋,方川,徐梁飞. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[8]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)
[9]Power-balancing Instantaneous Optimization Energy Management for a Novel Series-parallel Hybrid Electric Bus[J]. SUN Dongye, LIN Xinyou*, QIN Datong, and DENG Tao State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 40030, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012(06)
[10]车用燃料电池系统的性能衰退机理及影响因素分析[J]. 张新丰,杨代军,周拓. 汽车安全与节能学报. 2012(03)
博士论文
[1]储能锂电池系统状态估计与热故障诊断研究[D]. 魏婧雯.中国科学技术大学 2019
本文编号：2938956
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