质子交换膜燃料电池电堆阳极饥饿反极的研究

1

作者 董文雅 潘建欣 郭伟 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期118-124,共7页

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明... 目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明,在电堆阳极水淹情况下,反极单电池电压表现为缓慢下降到电解水平台然后迅速恢复的循环过程,性能恢复归因于水淹单电池阳极进出口压差上升使其液态水排出而氢气重新进入;在电堆阳极缺气情况下,反极单电池电压表现为迅速降低到碳腐蚀平台然后迅速恢复的循环过程,这是由于缺气单电池的阳极进出口压差下降使电堆内氢气重新分配.缺气反极电池电压会降低到碳腐蚀平台,因此会对电池性能造成不可逆的损害. 展开更多

关键词 阳极水淹 阳极缺气 质子交换膜燃料电池电堆

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车用燃料电池电堆比功率提升的技术途径探讨 被引量：11

2

作者 侯明 邵志刚 衣宝廉 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2019年第3期84-91,共8页

燃料电池车作为新能源汽车的一种,以其续驶里程长、动力性能高、燃料加注快、兼容可再生能源等特点,得到愈来愈广泛的重视。燃料电池堆是燃料电池汽车的核心,其比功率是反映燃料电池堆技术水平的重要指标,掌握高比功率燃料电池电堆技术... 燃料电池车作为新能源汽车的一种,以其续驶里程长、动力性能高、燃料加注快、兼容可再生能源等特点,得到愈来愈广泛的重视。燃料电池堆是燃料电池汽车的核心,其比功率是反映燃料电池堆技术水平的重要指标,掌握高比功率燃料电池电堆技术可以降低电堆硬件数量,从而也会使电堆成本得到大幅降低。国际上先进的燃料电池堆由于具有高的比功率使其在车辆有限空间能提供较大功率,满足了车辆动力需求;然而,国内目前电堆比功率相比国际先进水平还有一定差距,针对这一问题,本文从高活性催化剂、增强复合质子交换膜、高扰动流场、导电耐腐蚀薄金属双极板、电堆组装与一致性等多方面,探讨了提高燃料电池电堆比功率的技术途径,基于理论与实践积累分析了燃料电池活化极化、欧姆极化及传质极化与材料、部件、组装的关联性,为进一步提高燃料电池堆性能与比功率提供方向性参考。 展开更多

关键词 燃料电池车 燃料电池电堆 性能 比功率

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钢带捆扎燃料电池电堆端板尺寸和形状优化 被引量：5

3

作者 张智明 商亚鹏 +1 位作者 张娟楠 马天才 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期575-581,共7页

针对捆扎式燃料电池金属双极板电堆端板受集成力作用易发生变形的现象,设计了一种钢带捆扎式燃料电池电堆的新型端板结构,并通过有限元原理和数值仿真分析对其进行结构参数优化.基于Ansys Apdl程序化语言,建立端板的结构力学分析模型.... 针对捆扎式燃料电池金属双极板电堆端板受集成力作用易发生变形的现象,设计了一种钢带捆扎式燃料电池电堆的新型端板结构,并通过有限元原理和数值仿真分析对其进行结构参数优化.基于Ansys Apdl程序化语言,建立端板的结构力学分析模型.采用尺寸优化方法,以电堆多个钢带间受力均匀度高、端板质量小和单个钢带固定螺栓轴线偏移程度低为目标函数,分析端板各尺寸对上述目标函数影响程度,从而确定出优化后的尺寸和形状,改善钢带受力和电堆各个部件间接触压力的均匀性,并建立了一个11层的燃料电池电堆1/4二维模型,比较了端板优化前、后双极板脊背与膜电极(membrane electrode assembly)间接触压力分布均匀度. 展开更多

关键词 捆扎式燃料电池电堆 端板变形 结构优化 接触压力均匀度

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PEM燃料电池电堆低温起动试验 被引量：2

4

作者 李义 许思传 张洁 《汽车技术》 北大核心 2015年第3期31-35,共5页

为评价不同参数对PEM燃料电池电堆低温起动性能的影响,搭建了燃料电池电堆低温起动试验平台,对5 kW燃料电池电堆在-5℃、-10℃和-15℃下的低温起动性能进行了试验研究。结果表明,在低温下恒电压模式比恒电流模式更有利于电堆升温;电堆... 为评价不同参数对PEM燃料电池电堆低温起动性能的影响,搭建了燃料电池电堆低温起动试验平台,对5 kW燃料电池电堆在-5℃、-10℃和-15℃下的低温起动性能进行了试验研究。结果表明,在低温下恒电压模式比恒电流模式更有利于电堆升温;电堆起动电压为30 V时升温速度快于40 V和20 V时;初始温度越低时电堆升温速率越慢。另外,经过低温起动后电堆性能发生了衰减,电镜扫描结果也显示经过低温起动后电堆质子交换膜局部出现了破损,应采取措施减缓低温起动对电堆的损伤。 展开更多

关键词 燃料电池电堆 低温起动 试验

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质子交换膜燃料电池电堆低温起动的仿真研究

5

作者 李友才 贾振华 郏国中 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期466-468,共3页

在假定条件下,将每片单电池分成10层,每层看成一个集总参数,在Matlab/Simulink软件搭建由20片单电池及端板组成的瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。在-20℃的环境温度下,当电堆的温度保温到0℃时,起动燃料电池电堆,加载标准低温起动... 在假定条件下,将每片单电池分成10层,每层看成一个集总参数,在Matlab/Simulink软件搭建由20片单电池及端板组成的瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。在-20℃的环境温度下,当电堆的温度保温到0℃时,起动燃料电池电堆,加载标准低温起动工况进行仿真研究,并对单电池输出电压、电堆电池各层不同时刻温度和质子交换膜内水的迁移量随时间的变化进行分析。 展开更多

关键词 燃料电池电堆 低温起动 仿真分析

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乙二醇基冷却液污染对质子交换膜燃料电池电堆的影响及恢复措施 被引量：3

6

作者 朱从懿 李笑晖 甘全全 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期698-704,共7页

冷却液作为燃料电池冷却系统的热传导介质,对于燃料电池电堆的热管理非常重要。在实际应用中经常会发生冷却液泄漏进入电堆内部的情况。本文通过模拟燃料电池发动机正常工作过程中冷却液泄漏的不同情况,研究了乙二醇基冷却液泄漏污染对... 冷却液作为燃料电池冷却系统的热传导介质,对于燃料电池电堆的热管理非常重要。在实际应用中经常会发生冷却液泄漏进入电堆内部的情况。本文通过模拟燃料电池发动机正常工作过程中冷却液泄漏的不同情况,研究了乙二醇基冷却液泄漏污染对燃料电池电堆的性能影响。针对阴极侧乙二醇基冷却液污染后难以恢复的问题,本文提出了一种冷却液污染的恢复策略。整个污染恢复策略分为污染物氧化和污染物冲洗两个阶段,通过对比冷却液污染前和污染恢复后的性能,证实了这种冷却液污染恢复策略的有效性。 展开更多

关键词 燃料电池电堆 乙二醇污染 恢复策略 污染物氧化和冲洗

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基于龙伯格-滑模观测器的固体氧化物燃料电池温度估计模型

7

作者 张安安 刘川 +2 位作者 黄璜 杨威 张曦 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第S01期191-201,共11页

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为一种新型发电装置,因高效无污染、全金属固态结构、燃料来源广等优点,在未来各个领域具有广阔应用前景。电堆内部的温度分布对其安全稳定运行至关重要,针对其内部温度难以获取的问题... 固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为一种新型发电装置,因高效无污染、全金属固态结构、燃料来源广等优点,在未来各个领域具有广阔应用前景。电堆内部的温度分布对其安全稳定运行至关重要,针对其内部温度难以获取的问题,该文设计一种龙伯格-滑模观测器估计电堆内部温度分布。首先,观测器的输入考虑系统可观性和工程应用,并结合能观矩阵条件数筛选出最优组合;然后,基于龙伯格和滑模观测器理论构造观测器具体结构;其次,为提升观测器性能,将电堆误差系统进行解耦,通过极点配置重新构造反馈增益;最后,通过平滑非线性不连续项,抑制观测器抖振现象。结果表明,所设计观测器相较于龙伯格和滑模观测器在收敛速度和误差波动方面具有明显优越性。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池电堆 龙伯格-滑模观测器 温度分布 系统解耦 抖振抑制

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质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究 被引量：12

8

作者 黄敏 李兴虎 +2 位作者 李欣 李聪 宋凌珺 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期361-363,381,共4页

对5kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压-电流特性、温度特性、压力特性、反应气体计量比特性等进行了测试,并从电化学热力学和动力学两个角度初步分析了各运行参数对电堆性能的影响机理。试验表明,适当升高温度和反应气体压力有利... 对5kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压-电流特性、温度特性、压力特性、反应气体计量比特性等进行了测试,并从电化学热力学和动力学两个角度初步分析了各运行参数对电堆性能的影响机理。试验表明,适当升高温度和反应气体压力有利于改善PEMFC电堆的性能,氢气、空气计量比分别为1.2和2.5时,该电堆性能最好。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 燃料电池电堆 试验 电气性能

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质子交换膜燃料电池在线监测方法研究进展 被引量：3

9

作者 李兰心 潘牧 郭伟 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期103-116,共14页

质子交换膜燃料电池作为一种高效、无污染的新一代发电技术在近年来得到广泛关注,但是其寿命问题依然严重制约其商业应用。通过对燃料电池状态进行在线监测来实现电池的快速故障诊断,是延长电池寿命的极有效的途径之一。本文对近年来质... 质子交换膜燃料电池作为一种高效、无污染的新一代发电技术在近年来得到广泛关注,但是其寿命问题依然严重制约其商业应用。通过对燃料电池状态进行在线监测来实现电池的快速故障诊断,是延长电池寿命的极有效的途径之一。本文对近年来质子交换膜燃料电池在线监测方向的文章进行了总结,并按照故障检测方法(包括极化曲线、循环伏安法、电化学阻抗谱等)进行分类讨论。同时,根据实际应用情况将单一检测方法和多种结合检测方法进行文献综述。另外,在总结现有的在线监测方法的基础上,本文提出了未来燃料电池在线监测需要解决的问题并进行展望。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 燃料电池电堆 在线监测 故障诊断 电化学阻抗谱

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空冷型质子交换膜燃料电池堆温湿度特性建模 被引量：1

10

作者 卫东 褚磊民 郑东 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期467-469,475,共4页

空冷型质子交换膜燃料电池(Air-CoolingPEMFC)电堆具有结构简单,自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着更为光明的应用前景。在电堆的工作条件中,电堆工作温度和湿度是影响电堆性能的关键因素。以实验手段对空冷型电堆的温度和湿... 空冷型质子交换膜燃料电池(Air-CoolingPEMFC)电堆具有结构简单,自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着更为光明的应用前景。在电堆的工作条件中,电堆工作温度和湿度是影响电堆性能的关键因素。以实验手段对空冷型电堆的温度和湿度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度和尾气排放周期对输出性能的影响,并结合分析结果基于遗传算法建立了电堆温度和湿度特性经验模型。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度和湿度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。 展开更多

关键词 空冷型质子交换膜燃料电池电堆 温度和湿度特性 经验模型

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以重整气为燃料气的PEMFC电堆性能 被引量：4

11

作者 钊文科 胡军 +3 位作者 石伟玉 林治银 邵志刚 衣宝廉 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第10期861-864,共4页

与使用氢气为燃料气相比,以重整气作为质子交换膜燃料电池的燃料气可以避免氢气储存与运输的不便,更可以增加PEMFC的适用场合和范围。研究了常压与加压条件下重整气中N2和CO2组分对PEMFC电堆的影响,结果表明N2和CO2主要是降低了H2的分压... 与使用氢气为燃料气相比,以重整气作为质子交换膜燃料电池的燃料气可以避免氢气储存与运输的不便,更可以增加PEMFC的适用场合和范围。研究了常压与加压条件下重整气中N2和CO2组分对PEMFC电堆的影响,结果表明N2和CO2主要是降低了H2的分压,对电池性能影响较小。针对CO组分,研究比较了阳极注氧和外部净化对电池抗CO能力的影响,结果表明这两种方法都有明显的抗CO效果,相比之下外净化的效果更佳。同时,考察了电堆在重整气氛围下的稳定性,进行了1500h的寿命实验,实验结果显示电压衰减速度为19.21μV/h。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 燃料电池电堆 重整气 阳极注氧 外净化

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高温车用燃料电池的发展及现状综述 被引量：6

12

作者 赵俊杰 涂正凯 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1722-1733,共12页

燃料电池车以其能量转化效率高、绿色环保、噪音低等优点,被认为是替代传统化石能源汽车最有前景的新能源汽车。目前车用燃料电池的工作温度一般都低于80℃,低温的工作环境使其面临着诸多问题,如复杂的水管理和CO中毒等。通过提高质子... 燃料电池车以其能量转化效率高、绿色环保、噪音低等优点,被认为是替代传统化石能源汽车最有前景的新能源汽车。目前车用燃料电池的工作温度一般都低于80℃,低温的工作环境使其面临着诸多问题,如复杂的水管理和CO中毒等。通过提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作温度可以缓解这些问题,提高燃料电池的性能。然而,高温的工作环境也会对燃料电池带来诸多挑战,如膜脱水、催化剂团聚、冷启动速度缓慢等。要促进高温(90~120℃)车用燃料电池的快速发展,需要对其问题及解决方法进行分析。本文从电堆比功率、膜电极、双极板、进气方式、加湿方式等方面,介绍燃料电池的发展现状及存在的问题,包括Nafion膜和催化剂的热稳定问题、双极板的耐腐蚀问题、流道的气体分配问题、进气方式和加湿方式的优化以及冷启动问题。指出通过掺杂亲水性氧化物改善Nafion膜的高温性能;将Pt合金化及采用介孔炭提高催化剂的稳定性和电化学活性;镀层不锈钢金属双极板可以增强耐腐蚀性;3D流场等新型流场结构及提高进气温度、速度可以提高气体的均匀性;采用自增湿方式可以简化电堆结构等解决方法,以期对燃料电池车的进一步发展起到引导作用。 展开更多

关键词 车用燃料电池 催化剂 质子交换膜 燃料电池电堆 发展现状

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PEM燃料电池冷启动热平衡研究 被引量：8

13

作者 张迪 吴凯 +2 位作者 陈中楠 张智博 詹志刚 《电源技术》 CAS 北大核心 2019年第7期1151-1153,1160,共4页

质子交换膜(PEM)燃料电池低温启动是燃料电池汽车商业化应用面临的挑战之一。燃料电池电堆材料部件和系统设备及部件的热容量、空间分布以及预热升温的时间需求各不相同,影响燃料电池系统的低温启动性能。建立了简化的燃料电池系统低温... 质子交换膜(PEM)燃料电池低温启动是燃料电池汽车商业化应用面临的挑战之一。燃料电池电堆材料部件和系统设备及部件的热容量、空间分布以及预热升温的时间需求各不相同,影响燃料电池系统的低温启动性能。建立了简化的燃料电池系统低温启动分级预热的热平衡模型,对100 k W燃料电池系统低温启动过程中热量需求进行热平衡计算及分析,根据热容量空间分布及预热时间顺序需求,基于2 k W短堆实验数据,得到了低温启动过程中分级预热升温的控制策略。结论对燃料电池系统低温启动操作具有参考意义。 展开更多

关键词 PEM燃料电池电堆 低温启动 热平衡 分级预热

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车用PEMFC电堆低温起动试验研究 被引量：4

14

作者 李友才 许思传 杨志刚 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第12期1445-1448,1465,共5页

根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆起动和停机的控制策略,建造了PEMFC电堆低温起动平台。用20mm厚的软橡塑泡沫、聚苯乙烯和真空绝缘板将电堆密封,在-10℃环境舱内分别进行保温试验研究;当电堆中最冷的电池阴极催化层的温度达到触发温... 根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆起动和停机的控制策略,建造了PEMFC电堆低温起动平台。用20mm厚的软橡塑泡沫、聚苯乙烯和真空绝缘板将电堆密封,在-10℃环境舱内分别进行保温试验研究;当电堆中最冷的电池阴极催化层的温度达到触发温度(0℃)时,起动并加载PEMFC电堆至某一低温起动试验工况。试验结果揭示了PEMFC电堆低温起动的某些规律,为燃料电池汽车的商业化提供技术基础。 展开更多

关键词 燃料电池电堆 低温起动 保温 聚苯乙烯 真空绝缘板

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空冷型PEMFC电堆温度特性及模糊PID融合控制 被引量：4

15

作者 卫东 褚磊民 郑东 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期342-345,共4页

以实验手段对空冷型电堆的温度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度对输出性能的影响,并结合分析结果推导出了电堆工作温度特性经验模型;同时针对电堆工作温度控制特点,设计了电堆工作温度的模糊PID融合控制方法。研究结果有助... 以实验手段对空冷型电堆的温度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度对输出性能的影响,并结合分析结果推导出了电堆工作温度特性经验模型;同时针对电堆工作温度控制特点,设计了电堆工作温度的模糊PID融合控制方法。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。 展开更多

关键词 空冷型质子交换膜燃料电池电堆 温度特性 模糊PID融合控制

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车用PEMFC电堆典型道路工况低温起动试验研究 被引量：1

16

作者 李友才 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第6期747-748,817,共3页

为评价质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆低温起动性能,搭建PEMFC电堆低温起动试验台,制定典型道路工况,起动PEMFC电堆进行试验,对其加载典型道路工况,开始阶段使PEMFC电堆在小负荷暖机工况运行。对PEMFC电堆输出不同特性曲线进行深入分析... 为评价质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆低温起动性能,搭建PEMFC电堆低温起动试验台,制定典型道路工况,起动PEMFC电堆进行试验,对其加载典型道路工况,开始阶段使PEMFC电堆在小负荷暖机工况运行。对PEMFC电堆输出不同特性曲线进行深入分析,试验证明当PEMFC电堆最外层电池阴极催化层温度降到0℃时能够成功起动并运行,为PEMFC电堆的商业化运行提供一定技术支持。 展开更多

关键词 质子交换膜 燃料电池电堆 低温起动 典型道路工况

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基于最小二乘法的PEMFC电堆模型参数辨识 被引量：11

17

作者 胡捷 苏建徽 +2 位作者 杜燕 汪海宁 施永 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1-4,共4页

质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的优化控制需要精确的电堆模型和参数。该文基于半经验机理模型,根据PEMFC电堆输出特性经验公式以及电化学、热力学原理建立电堆输出电压的机理模型,采用线性回归最小二乘法进行模型参数辨识。仿真实验辨... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的优化控制需要精确的电堆模型和参数。该文基于半经验机理模型,根据PEMFC电堆输出特性经验公式以及电化学、热力学原理建立电堆输出电压的机理模型,采用线性回归最小二乘法进行模型参数辨识。仿真实验辨识结果的误差分析表明,其电堆模型参数辨识精度满足控制要求,验证了所提方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 PEMFC 最小二乘法 参数辨识 回归分析 燃料电池电堆模型

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气体扩散层分层设计对PEMFC电堆性能影响研究 被引量：2

18

作者 王万腾 李楠 +3 位作者 白雪宜 杨抖 栗航 李贵敬 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期1720-1727,共8页

为了改善电堆不同电池单元之间的温度、反应物等的均匀性从而改善电堆性能和提升寿命,本文提出了一种在电堆不同电池单元气体扩散层设置不同的梯度孔隙率的改进方案。通过建立包含5层单电池的三维、非等温、单相的短电堆模型进行分析,... 为了改善电堆不同电池单元之间的温度、反应物等的均匀性从而改善电堆性能和提升寿命,本文提出了一种在电堆不同电池单元气体扩散层设置不同的梯度孔隙率的改进方案。通过建立包含5层单电池的三维、非等温、单相的短电堆模型进行分析,研究发现孔隙率为0.4-0.5-0.6-0.5-0.4的方案可以最大程度改善边缘层和中间层单电池之间温度、氧气浓度、水浓度、膜电流密度等的差值,即提高电堆内部均匀性,且在缺气工况条件下亦是如此。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 燃料电池电堆 数值模拟 气体扩散层 分层设计

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变载速率对PEMFC电堆动态响应的影响 被引量：1

19

作者 张晓鹏 朴世文 +1 位作者 钟兵 温凯凯 《电池》 CAS 北大核心 2021年第6期568-571,共4页

对50 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在不同变载速率下的电压响应进行分析,将整个响应时间分为突变时间t_(1)和稳定时间t_(2)。随着加载速率的升高,电压响应的t_(1)缩短,t_(2)延长;而卸载速率对t_(1)和t_(2)的影响不明显。对变载过程... 对50 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在不同变载速率下的电压响应进行分析,将整个响应时间分为突变时间t_(1)和稳定时间t_(2)。随着加载速率的升高,电压响应的t_(1)缩短,t_(2)延长;而卸载速率对t_(1)和t_(2)的影响不明显。对变载过程中单体电池的电压一致性进行分析,发现随着加载速率的升高,瞬时单体电池的电压均方差(MSE)升高,单体电池的一致性变差;而卸载速率对单体电池的一致性影响不明显。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 燃料电池电堆 动态响应 单体电池 一致性

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