自增濕空冷型PEMFC特性的實驗分析.pdf

1、能源危機和環(huán)境問題越來越受到人類社會的廣泛關注。清潔能源的大力開發(fā)利用成為一種必然選擇。燃料電池不涉及到燃燒，可以直接通過電化學反應將化學能轉化為電能。這種電池的最大特點是其不受卡諾循環(huán)的限制，因此能量效率高。質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells，以下簡稱PEMFC)具有體積小、質量輕、功率密度高、啟動快、無噪音、零污染等優(yōu)點，在分散電站、便攜式移動電源、應急不間斷電源以及電動汽車等

2、領域具有廣泛應用前景。
　　PEMFC是一個非線性、多耦合的復雜系統(tǒng)，其工作原理涉及到流體力學、傳熱傳質、熱力學、電化學和控制學等眾多學科。風扇吹走一部分燃料電池陰極生成水，剩余部分水用來給自增濕質子交換膜燃料電池增濕，依據(jù)電池內(nèi)的水平衡控制，自增濕空冷型PEMFC輸出比功率比外增濕PEMFC高，是因為其精簡了電池系統(tǒng)結構，去除了外增濕設備。質子交換膜燃料電池中水管理與熱管理是緊密關聯(lián)互相耦合的，有效的水熱管理對于提高電池的性能和

3、壽命起著關鍵作用。
　　論文首先在基于實驗室的自增濕空冷型PEMFC實驗平臺上完成了陽極排氣周期實驗，得到不同負載情況下最佳排氣方案，并應用FluckTi25紅外熱像儀進行溫度掃描，進而實現(xiàn)了“水淹”故障診斷和水累積效應的分析。
　　其次，PEMFC單片電池的開路電壓比較低，只有0.9V～1.0V。因此通常PEMFC電池堆需要將若干片單電池串聯(lián)起來以滿足負載所需電壓。陰極風扇系統(tǒng)對空冷型PEMFC電池性能有很大的影響。通過設

4、置不同的風扇電壓、風道距離對百瓦級空冷型PEMFC電池組開展了相關實驗，并采集單體電池的電壓，通過分析輸出性能來進行風扇系統(tǒng)優(yōu)化。
　　最后，針對實驗室的H-1000 PEMFC進行短路實驗。設置不同短路周期、短路時間，應用無紙記錄儀采集各單電池電壓、電堆電流、電堆溫度、氣體壓強等參數(shù)來分析電堆輸出性能，進而得到最佳短路方案，并分析短路對燃料電池造成的影響以及其影響機理。本文結尾對上述幾個實驗所取得的研究成果進行了總結，還提出了本