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质子交换膜燃料电池系统故障机理分析及诊断方法研究综述 被引量:8
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作者 马睿 党翰斌 +3 位作者 张钰奇 霍喆 李玉忍 高非 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期407-426,I0034,共21页
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)以其高效无污染等特性在发电、交通运载以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而可靠性和耐久性不足等问题已成为技术瓶颈,亟需探究高效的系统故障诊断方法。该文在介... 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)以其高效无污染等特性在发电、交通运载以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而可靠性和耐久性不足等问题已成为技术瓶颈,亟需探究高效的系统故障诊断方法。该文在介绍质子交换膜燃料电池系统构成及典型故障产生机理的基础上,综述了基于模型方法、数据驱动方法、实验测试方法、融合方法等质子交换膜燃料电池系统的故障诊断方法研究进展,对各种方法进行了分析比对,并对在线诊断技术进行总结分析,最后提出质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法发展趋势及展望,以期为其后续研究及快速商业化应用提供参考。 展开更多
关键词 质子交换燃料电池 故障诊断 故障机理 模型
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车用高压质子交换膜燃料电池系统建模与仿真 被引量:12
2
作者 周苏 张传升 陈凤翔 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1469-1476,共8页
将车用高压质子交换膜燃料电池系统作为一种新型车辆动力的研究对象,结合机理建模和试验建模两种建模方法,建立了较为完整的系统级高压质子交换膜燃料电池系统的数学模型。该模型包括电堆、空气系统、气气增湿、氢气系统、冷却系统五个... 将车用高压质子交换膜燃料电池系统作为一种新型车辆动力的研究对象,结合机理建模和试验建模两种建模方法,建立了较为完整的系统级高压质子交换膜燃料电池系统的数学模型。该模型包括电堆、空气系统、气气增湿、氢气系统、冷却系统五个模块,通过试验数据为系统的非线性环节建立表格模型。针对一款83kW车用高压PEMFC系统,使用Matlab/Simnlink软件进行了仿真计算,给出了空气压力、温度、湿度、氧气过量系数、系统电压等仿真结果,并通过实验数据对该模型进行了验证。对比了高压系统与低压系统的效率,仿真结果表明在低电流区间高压系统效率低于低压系统,而在高电流区间高压系统效率高于低压系统。 展开更多
关键词 高压 质子交换膜燃料电池系统 建模 仿真
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便携式质子交换膜燃料电池系统集成研究 被引量:7
3
作者 刘明义 蒋利军 +5 位作者 黄倬 杜军 吴伯荣 陈晖 朱磊 简旭宇 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期446-449,共4页
设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出... 设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出的200W便携式质子交换膜燃料电池系统演示样机进行了一系列性能测试,包括氢气压力、尾气排放、风扇高度、氢气增湿以及系统热管理对便携式PEMFC系统性能的影响,发现了影响便携式PEMFC系统性能的关键问题,并提出了解决方案。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池系统 便携式电源 系统热管理
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车用质子交换膜燃料电池系统技术现状 被引量:13
4
作者 周苏 纪光霁 +2 位作者 马天才 陈凤祥 章桐 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期489-495,共7页
详细介绍了车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的组成,描述了目前国内外PEMFC系统的技术状态及技术指标。
关键词 汽车 燃料电池系统 质子交换 技术现状
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质子交换膜燃料电池系统引射器的数值分析 被引量:12
5
作者 尹燕 范明哲 +1 位作者 焦魁 杜青 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期763-769,共7页
基于CFD方法建立了应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极氢气循环系统引射器的三维数值模型,研究了其结构参数,如混合管直径、等压混合管收敛角、等容混合管长度、扩散管长度和角度对引射器回流比的影响.结果表明:回流比主要受二次回流... 基于CFD方法建立了应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极氢气循环系统引射器的三维数值模型,研究了其结构参数,如混合管直径、等压混合管收敛角、等容混合管长度、扩散管长度和角度对引射器回流比的影响.结果表明:回流比主要受二次回流管与吸入腔之间的压差和混合管进口面积影响;存在最佳的等压混合管收敛角、等容混合管长度和扩散管角度;扩散管长度和混合管直径越大,回流效率越高. 展开更多
关键词 质子交换燃料电池 引射器 结构参数 回流比
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车用质子交换膜燃料电池系统技术评估与分析 被引量:8
6
作者 周苏 纪光霁 +2 位作者 陈凤祥 马天才 章桐 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第9期749-756,共8页
根据当前车用质子交换膜燃料电池系统技术现状与相关研究活动,对电堆功率密度、成本指标、系统寿命、冷起动、储氢技术和燃料电池模块化等相关技术方案进行评估与分析。
关键词 汽车 质子交换燃料电池 技术评估与分析
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质子交换膜燃料电池系统引射器的氢气循环特性 被引量:20
7
作者 周苏 胡哲 +1 位作者 王凯凯 韩秋玲 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1115-1121,1130,共8页
针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)低、中、高三种典型工况,采用索科洛夫方法进行了氢气循环引射器主要结构尺寸的设计并建立了相应流体动力学模型.定义了测试用循环工况并进行了CFD模拟仿真,基于仿真数据进行了引射器工作特性曲线图的二... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)低、中、高三种典型工况,采用索科洛夫方法进行了氢气循环引射器主要结构尺寸的设计并建立了相应流体动力学模型.定义了测试用循环工况并进行了CFD模拟仿真,基于仿真数据进行了引射器工作特性曲线图的二维三次样条插值拟合及负载电流下各工作流约束压力值的计算.搭建了引射器循环工况Simulink仿真模型进行相应的仿真分析,据此提出了两级引射器阳极循环系统方案.仿真结果表明,两级引射器阳极循环系统可以满足PEMFC燃料电池0~300A全负载范围的工作需求,且具有较好的引射特性. 展开更多
关键词 燃料电池 质子交换 引射器 索科洛夫引射器设计方法 计算流体动力学 循环特性
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质子交换膜燃料电池系统动态控制研究 被引量:5
8
作者 马晓军 可荣硕 +2 位作者 许世蒙 闫之峰 袁东 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1409-1415,共7页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有噪声低、红外特征弱,可靠性高等特点,在军用车辆和野外电源等领域有一定的应用价值。燃料电池系统的反应特性与其内部结构、反应环境等多种因素有关,而受传感器的限制,电堆内部质子交换膜的温、湿度等因... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有噪声低、红外特征弱,可靠性高等特点,在军用车辆和野外电源等领域有一定的应用价值。燃料电池系统的反应特性与其内部结构、反应环境等多种因素有关,而受传感器的限制,电堆内部质子交换膜的温、湿度等因素无法直接测量,系统每一次的反应特性也不尽相同,系统模型难以确立,传统的精确控制对系统湿度调节效果不佳。本文以3 kW风冷式PEMFC为研究对象,设计了一个简化控制系统,对PEMFC系统湿度进行动态控制,使电堆湿度在阈值范围内周期性变化,摆脱了控制方式对系统模型的依赖性,解决了燃料电池内部湿度均匀性问题,并通过实验验证了该控制方法的可行性及效果。 展开更多
关键词 自动控制技术 质子交换燃料电池 湿度调节 动态阈值控制 风冷式
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微型氢空质子交换膜燃料电池系统 被引量:8
9
作者 刘志祥 王诚 +2 位作者 吴兵 王利生 毛宗强 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第12期982-985,共4页
现代通讯、电子设备的飞速发展对电源提出了更高比能量的要求,现有的电池技术尚无法满足这样的要求。质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有比锂离子蓄电池更高的比能量,配以适当的制氢或者储氢装置,氢空PEMFC将会是有希望的未来便携式电源。... 现代通讯、电子设备的飞速发展对电源提出了更高比能量的要求,现有的电池技术尚无法满足这样的要求。质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有比锂离子蓄电池更高的比能量,配以适当的制氢或者储氢装置,氢空PEMFC将会是有希望的未来便携式电源。组装了一个外观尺寸为6cm(L)×5cm(W)×6cm(H)的微型PEMFC电堆,包含单电池9片,采用微型风扇提供空气和散热。经过DC-DC变换,电堆输出5V电压,在常温、常压、不加湿、尾气封闭的工况下,电池净输出功率可达到6W,电池系统效率接近30%(以高热值计算)。配以微型合金储氢罐(外观尺寸f3cm×10cm),电池系统可以用4.3W的功率稳定输出约1h。该系统经过数百小时稳定性实验,电堆电压能够保持相对稳定。 展开更多
关键词 质子交换 燃料电池 系统 储氢合金
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质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制 被引量:33
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作者 皇甫宜耿 石麒 李玉忍 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期682-687,共6页
对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC... 对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,并研究了工作温度、反应气体工作压力以及质子交换膜面积变化对电池输出性能的影响。与此同时结合所建立的质子交换膜燃料电池模型设计了一款采用PID控制的Boost升压电路,将燃料电池输出不稳定的电压转变成可供给负载稳定使用的24V电压。 展开更多
关键词 质子交换燃料电池 BOOST 斩波电路 闭环控制
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质子交换膜燃料电池系统低温起动仿真 被引量:5
11
作者 李义 许思传 许澎 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1202-1204,1276,共4页
当前燃料电池汽车受到越来越多的关注,而燃料电池汽车商业化还有很多问题亟需解决,其中燃料电池系统低温起动是一个重点难题。使用AMESim软件建立了一个燃料电池一维系统模型,针对影响燃料电池系统低温起动性能的各个因素进行了研究。... 当前燃料电池汽车受到越来越多的关注,而燃料电池汽车商业化还有很多问题亟需解决,其中燃料电池系统低温起动是一个重点难题。使用AMESim软件建立了一个燃料电池一维系统模型,针对影响燃料电池系统低温起动性能的各个因素进行了研究。仿真结果显示,较低的起动电压有利于低温起动过程,温度越低低温起动越困难,反应气体的温度对低温起动过程影响不大。 展开更多
关键词 质子交换燃料电池 AMESIM 低温起动 仿真
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一种改进的质子交换膜燃料电池系统动态模型 被引量:8
12
作者 周苏 高昆鹏 支雪磊 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期882-887,共6页
在已有的质子交换膜燃料电池系统模型基础上添加气体扩散层模型和膜电极组件动态模型,研究膜中水含量的动态特性.仿真结果表明,系统动态模型改进之后其输出性能与实验值误差较小,能够反映外部操作条件变化对电池内部电化学反应和物料传... 在已有的质子交换膜燃料电池系统模型基础上添加气体扩散层模型和膜电极组件动态模型,研究膜中水含量的动态特性.仿真结果表明,系统动态模型改进之后其输出性能与实验值误差较小,能够反映外部操作条件变化对电池内部电化学反应和物料传递过程的影响,膜中水含量和输出性能的动态响应过程更加接近实际情况,相关信息可用于间接控制膜中水含量和优化系统. 展开更多
关键词 质子交换燃料电池 中水含量 动态模型 操作条件
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车用质子交换膜燃料电池系统-10℃低温启动实验研究 被引量:6
13
作者 陈沛 陈雪松 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2016年第4期427-432,共6页
针对一款车用36 kW的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,进行了无外热源加热情况下-10℃环境舱冷启动实验研究。基于现有的系统架构、理论计算得到的电堆热量平衡,制定冷启动试验步骤,通过试验实现了燃料电池系统-10℃低温启动运行,验证了... 针对一款车用36 kW的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,进行了无外热源加热情况下-10℃环境舱冷启动实验研究。基于现有的系统架构、理论计算得到的电堆热量平衡,制定冷启动试验步骤,通过试验实现了燃料电池系统-10℃低温启动运行,验证了系统设计的有效性。通过分析-10℃启动运行过程中系统的输出特性和主要物理量随时间的变化情况,对系统结构和运行过程设计做了分析说明。本文不但分析了堆内单池的一致性,也考察了主要辅助系统零部件的冷启动试验中的可靠性。主要结论是:冷启动过程时的低温不但影响电堆冷启动的成功与否,也会对电堆的性能产生直接的影响。 展开更多
关键词 汽车动力 燃料电池系统 车用质子交换燃料电池 低温启动
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质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展 被引量:10
14
作者 陆虎瑜 《电工电能新技术》 CSCD 1999年第2期18-22,共5页
本文简要叙述了质子交换膜燃料电池发电机理,列举了系统开发工作中所面临的富氢燃料转换,氢气安全贮存与稳定供给等若干课题。文章重点介绍了目前国外质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展情况。
关键词 质子交换 燃料电池 开发 电动汽车
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空冷型质子交换膜燃料电池系统效率的实验研究 被引量:2
15
作者 翟俊香 何广利 +1 位作者 许壮 刘聪敏 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第6期1885-1889,共5页
以空冷型质子交换膜燃料电池系统为研究对象,通过实验测试,获得了全功率下的系统效率。实验结果显示:在燃料电池系统全功率范围内,系统效率随系统功率变化呈现抛物线形状。随着系统功率提高,系统效率快速上升,达到最高效率后缓慢降低,... 以空冷型质子交换膜燃料电池系统为研究对象,通过实验测试,获得了全功率下的系统效率。实验结果显示:在燃料电池系统全功率范围内,系统效率随系统功率变化呈现抛物线形状。随着系统功率提高,系统效率快速上升,达到最高效率后缓慢降低,然后基本趋于平缓。系统在额定功率下的效率约为47%,系统最高效率约为56%,出现在系统50%额定功率点附近。本文设计了一个双堆结构空冷型燃料电池系统。基本设计理念是燃料电池系统含有两个电堆,而且双堆串联进气即将前一个电堆的阳极尾端氢气,经过气水分离器后引入后一个电堆。实验结果显示:在相同排氢频率条件下,与相同单电池数量的单堆系统相比,双堆结构燃料电池系统发电性能基本没有变化,在高功率区间发电性能略有提升;双堆结构燃料电池系统效率有明显增加,系统最高效率达60.23%。在低功率发电区间,系统效率大概增加了2%~4%;在高功率发电区间,系统效率大概增加了约5%。该双堆结构燃料电池系统具有良好的实际应用价值。 展开更多
关键词 空冷型质子交换膜燃料电池系统 全功率范围 系统效率 双堆结构系统
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质子交换膜燃料电池系统运行特性 被引量:4
16
作者 姚帅 王洪建 +5 位作者 程健 许世森 张瑞云 杨冠军 黄华 李启明 《热力发电》 CAS 北大核心 2018年第7期10-15,共6页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、零污染的发电技术,能够将氢气的化学能通过电化学反应直接转化为电能,在家用热电联产、备用电源、新能源汽车等领域具有广阔的应用前景。电池堆是PEMFC系统的核心部件,系统结构及集成工艺对燃料... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、零污染的发电技术,能够将氢气的化学能通过电化学反应直接转化为电能,在家用热电联产、备用电源、新能源汽车等领域具有广阔的应用前景。电池堆是PEMFC系统的核心部件,系统结构及集成工艺对燃料电池堆性能影响显著。本文针对PEMFC系统结构、气路子系统、增湿子系统、热管理子系统、控制子系统分别进行了阐述,并实验测试了自消耗情况以及系统启动温度、系统稳定运行温度等因素变化时电池堆的电流-电压曲线,获得了PEMFC性能变化规律。实验结果表明:PEMFC系统的启动温度和稳定运行温度对电池性能有较为显著的影响,当系统启动温度约为25℃、稳定运行温度为50~60℃时,电池堆性能达到最优值。该结论可为优化质子交换膜燃料电池堆性能、提高电池系统运行稳定性提供依据。 展开更多
关键词 质子交换燃料电池 电池 系统结构 启动温度 输出功率 电流-电压测试 运行特性
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基于随机森林算法的大功率质子交换膜燃料电池系统故障分类方法 被引量:19
17
作者 余嘉熹 李奇 +2 位作者 陈维荣 刘嘉蔚 李锦程 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第17期5591-5598,共8页
针对大功率质子交换膜燃料电池(protonexchange membranefuelcell,PEMFC)系统故障分类识别的问题,提出基于随机森林算法的燃料电池系统的故障分类方法。该方法基于Bootstrap法重采样,产生多个样本子集,通过决策树算法中的CART算法构造... 针对大功率质子交换膜燃料电池(protonexchange membranefuelcell,PEMFC)系统故障分类识别的问题,提出基于随机森林算法的燃料电池系统的故障分类方法。该方法基于Bootstrap法重采样,产生多个样本子集,通过决策树算法中的CART算法构造多个分类器模型,然后通过测试集对每个分类器进行测试得到分类结果,最后投票选出最优的分类结果作为预测类别。通过实例分析,对比支持向量机和K最邻近算法的分类结果,所提方法可有效识别有轨电车实际运行过程中5种故障状态,分类准确率可达94.4%,能明显提高故障分类正确率,对进一步实现大功率PEMFC系统在线故障诊断研究具有重要意义。 展开更多
关键词 随机森林算法 质子交换燃料电池 故障分类 决策树 支持向量机
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质子交换膜燃料电池系统平板膜增湿器性能 被引量:6
18
作者 冯寒凝 明平文 +2 位作者 侯明 衣宝廉 邵志刚 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第7期557-562,共6页
分析了影响燃料电池系统中平板膜增湿器性能的因素,基于溶解扩散理论,描述平板膜增湿器增湿机制。利用费克定律、傅里叶定律、牛顿冷却定律建立了平板膜增湿器传质传热模型,通过实验和模型相结合的方式分析各个参数如何对平板膜增湿器... 分析了影响燃料电池系统中平板膜增湿器性能的因素,基于溶解扩散理论,描述平板膜增湿器增湿机制。利用费克定律、傅里叶定律、牛顿冷却定律建立了平板膜增湿器传质传热模型,通过实验和模型相结合的方式分析各个参数如何对平板膜增湿器传质、传热起作用,为气液换湿的平板膜增湿器设计提供依据。 展开更多
关键词 质子交换燃料电池 平板增湿器 溶解-扩散理论 费克定律
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高温质子交换膜燃料电池系统可靠性分析 被引量:1
19
作者 栗京京 孟海军 +1 位作者 张盟 孙海 《电源技术》 CAS 北大核心 2023年第5期595-600,共6页
可靠性是影响高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)系统结构设计及实用化程度的重要指标之一。使用可靠性框图和采用马尔可夫模型的状态空间法分析了HT-PEMFC系统的可靠性,其中可靠性框图用于评估不可修复系统的可靠性,根据HT-PEMFC系统的... 可靠性是影响高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)系统结构设计及实用化程度的重要指标之一。使用可靠性框图和采用马尔可夫模型的状态空间法分析了HT-PEMFC系统的可靠性,其中可靠性框图用于评估不可修复系统的可靠性,根据HT-PEMFC系统的可靠寿命及辅助系统各组件可靠性数据,评估了燃料处理器和燃料电池电堆的故障率及平均工作时间(MTTF)。采用马尔可夫模型的状态空间法用于评估可修复系统的可靠性,在1 000 h后系统可靠性为93.49%,3 000 h后系统可靠性保持稳定,约为92.20%,表明系统维护有利于提高系统的可靠性;此外若增加系统各组件的维护频率(修复率),可大幅提升系统在额定功率状态的概率和系统的可靠性。 展开更多
关键词 高温质子交换燃料电池 可靠性 可靠性框图 状态空间法
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中温质子交换膜燃料电池系统设计与实验
20
作者 邓金山 许思传 +1 位作者 常国峰 沈鹏远 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期218-221,共4页
为了测试中温质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能,基于某中温PEMFC电堆,为其设计辅助系统,搭建试验台架进行试验研究。针对该中温PEMFC系统进行了冷态、热态启动测试,阶跃加载测试,稳态特性测试以及负压环境下的性能测试。结果表明,该燃... 为了测试中温质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能,基于某中温PEMFC电堆,为其设计辅助系统,搭建试验台架进行试验研究。针对该中温PEMFC系统进行了冷态、热态启动测试,阶跃加载测试,稳态特性测试以及负压环境下的性能测试。结果表明,该燃料电池系统在长时间持续运行时能够保持较好的稳定性;在一定温度范围内,燃料电池的性能能够随着工作温度的上升而提高。对长时间运行后燃料电池性能下降的原因进行了分析。 展开更多
关键词 中温质子交换燃料电池 系统设计 性能测试
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