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Idle speed control of proton exchange membrane fuel cell system via extended Kalman filter observer
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作者 ZHAO Hong-hui DING Tian-wei +4 位作者 WANG Yi-lin HUANG Xing DU Jing HAO Zhi-qiang MIN Hai-tao 《控制理论与应用》 北大核心 2025年第8期1615-1624,共10页
When the proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)system is running,there will be a condition that does not require power output for a short time.In order to achieve zero power output under low power consumption,it is... When the proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)system is running,there will be a condition that does not require power output for a short time.In order to achieve zero power output under low power consumption,it is necessary to consider the diversity of control targets and the complexity of dynamic models,which brings the challenge of high-precision tracking control of the stack output power and cathode intake flow.For system idle speed control,a modelbased nonlinear control framework is constructed in this paper.Firstly,the nonlinear dynamic model of output power and cathode intake flow is derived.Secondly,a control scheme combining nonlinear extended Kalman filter observer and state feedback controller is designed.Finally,the control scheme is verified on the PEMFC experimental platform and compared with the proportion-integration-differentiation(PID)controller.The experimental results show that the control strategy proposed in this paper can realize the idle speed control of the fuel cell system and achieve the purpose of zero power output.Compared with PID controller,it has faster response speed and better system dynamics. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cell idle speed control zero power output output power nonlinear model extended Kalman filter observer
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Small proton exchange membrane fuel cell power station by using bio-hydrogen
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作者 刘志祥 毛宗强 +1 位作者 王诚 任南琪 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期362-363,共2页
关键词 proton exchange membrane fuel cell BIO-HYDROGEN
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Experimental Study on Characteristics of Cathode Fan Systems of Proton Exchange Membrane Fuel Cells 被引量:9
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作者 ZHU Xingguang JIA Qiuhong +2 位作者 CHEN Tanglong HAN Ming DENG Bin 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期I0007-I0007,9,共1页
对自制的阴极开放式自增湿型质子交换膜燃料电池阴极风扇系统不同工作模式下电池的空气流量分布及温度分布开展了实验研究。采用testo435多功能测量仪测量不同工作模式下电池阴极的空气流速;采用FLUKETi25红外温度成像仪测量不同操作... 对自制的阴极开放式自增湿型质子交换膜燃料电池阴极风扇系统不同工作模式下电池的空气流量分布及温度分布开展了实验研究。采用testo435多功能测量仪测量不同工作模式下电池阴极的空气流速;采用FLUKETi25红外温度成像仪测量不同操作模式下电池的表面温度分布。实验结果表明:阴极风扇系统不同的工作模式(“吸”和“吹”)会造成空气流量分布及温度分布不同。风扇工作在“吸.”模式下,燃料电池的表面工作温度分布和空气流量分布更均匀,性能更好;电池表面工作温度分布与流过电池阴极的空气流量具有一致性。该研究对于阴极开放式燃料电池性能研究及寻求电池系统效率、性能、温湿度等整体最优具有一定的指导和参考价值。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 风扇系统 燃料电池发电系统 实验 特性 阴极 能量转换装置 电力生产系统
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Identification and analysis based on genetic algorithm for proton exchange membrane fuel cell stack 被引量:3
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作者 李曦 曹广益 +1 位作者 朱新坚 卫东 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2006年第4期428-431,共4页
The temperature of proton exchange membrane fuel cell stack and the stoichiometric oxygen in cathode have relationship with the performance and life span of fuel cells closely. The thermal coefficients were taken as i... The temperature of proton exchange membrane fuel cell stack and the stoichiometric oxygen in cathode have relationship with the performance and life span of fuel cells closely. The thermal coefficients were taken as important factors affecting the temperature distribution of fuel cells and components. According to the experimental analysis, when the stoichiometric oxygen in cathode is greater than or equal to 1.8, the stack voltage loss is the least. A novel genetic algorithm was developed to identify and optimize the variables in dynamic thermal model of proton exchange membrane fuel cell stack, making the outputs of temperature model approximate to the actual temperature, and ensuring that the maximal error is less than 1 ℃. At the same time, the optimum region of stoichiometric oxygen is obtained, which is in the range of 1.8-2.2 and accords with the experimental analysis results. The simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed algorithm. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cell genetic algorithm TEMPERATURE thermal coefficient stoichiometric oxygen
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Control-oriented dynamic fuzzy model and predictive control for proton exchange membrane fuel cell stack 被引量:1
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作者 李曦 邓忠华 +2 位作者 曹广益 朱新坚 卫东 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2006年第6期722-725,共4页
Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack temperature and cathode stoichiometric oxygen are very important control parameters. The performance and lifespan of PEMFC stack are greatly dependent on the parameters... Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack temperature and cathode stoichiometric oxygen are very important control parameters. The performance and lifespan of PEMFC stack are greatly dependent on the parameters. So, in order to improve the performance index, tight control of two parameters within a given range and reducing their fluctuation are indispensable. However, control-oriented models and control strategies are very weak junctures in the PEMFC development. A predictive control algorithm was presented based on their model established by input-output data and operating experiences. It adjusts the operating temperature to 80 ℃. At the same time, the optimized region of stoichiometric oxygen is kept between 1.8?2.2. Furthermore, the control algorithm adjusts the variants quickly to the destination value and makes the fluctuation of the variants the least. According to the test results, compared with traditional fuzzy and PID controllers, the designed controller shows much better performance. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cell nonlinear predictive control TEMPERATURE stoichiometric oxygen
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Neural network modeling and control of proton exchange membrane fuel cell 被引量:1
6
作者 陈跃华 曹广益 朱新坚 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2007年第1期84-87,共4页
A neural network model and fuzzy neural network controller was designed to control the inner impedance of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack. A radial basis function (RBF) neural network model was trai... A neural network model and fuzzy neural network controller was designed to control the inner impedance of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack. A radial basis function (RBF) neural network model was trained by the input-output data of impedance. A fuzzy neural network controller was designed to control the impedance response. The RBF neural network model was used to test the fuzzy neural network controller. The results show that the RBF model output can imitate actual output well, the maximal error is not beyond 20 m-, the training time is about 1 s by using 20 neurons, and the mean squared errors is 141.9 m-2. The impedance of the PEMFC stack is controlled within the optimum range when the load changes, and the adjustive time is about 3 min. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cell radial basis function neural network fuzzy neural network
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Anti-flooding of polymer electrolyte membrane fuel cell with in-plate adverse-flow flow-field
7
作者 李鹏程 裴普成 +1 位作者 何勇灵 张红飞 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第4期1001-1009,共9页
The stoichiometric ratios and related regimes, which can promote anti-flooding of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) with in-plate adverse-flow flow-field (IPAF), were investigated. Two flow combinatio... The stoichiometric ratios and related regimes, which can promote anti-flooding of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) with in-plate adverse-flow flow-field (IPAF), were investigated. Two flow combinations, which are the simple and complex adverse-flow between plates (ABP) that can be realized by IPAF, were employed. Constant stoichiometric ratios examination indicates that the complex ABP could improve anti-flooding of PEMFC better in the medium (greater than 200 mA/cm2 and less than 1 000 mA/cm2) and high (greater than 1 000 mA/cm2) current densities than the simple ABP. More stoichiometric ratios were introduced to find the cathode critical stoichiometry. Under the condition of cathode critical stoichiometry, the maximal local relative humidity of both electrodes of complex ABP is equal to 100% and below while the anti-flooding of the cathode of simple ABP is not satisfactory in the medium and high current densities. Further study shows that the mechanism of fuel cell, which is the imerdependence between the electrodes effect, can make significant contribution to anti-flooding. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cell in-plate adverse-flow flow-field stoichiometry anti-flooding
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基于集成经验模态分解和极限学习机的质子交换膜燃料电池寿命预测 被引量:2
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作者 陈景文 杨淇 +2 位作者 兰天一 华志广 赵冬冬 《太阳能学报》 北大核心 2025年第2期135-141,共7页
基于数据驱动的预测方法可实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的寿命预测。为提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)寿命预测精度,提出将集成经验模态分解(EEMD)和粒子群算法(PSO)优化极限学习机(ELM)相结合的PEMFC剩余使用寿命预测方法。首先,采... 基于数据驱动的预测方法可实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的寿命预测。为提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)寿命预测精度,提出将集成经验模态分解(EEMD)和粒子群算法(PSO)优化极限学习机(ELM)相结合的PEMFC剩余使用寿命预测方法。首先,采用移动平均滤波法在滤除噪声和尖峰的同时,保留原始数据的主要趋势;其次,通过EEMD对原始数据进行多时间尺度分解,得到不同时间尺度下PEMFC的老化信息;最后,将分解后的本征模函数分别通过PSO优化的ELM模型进行预测,能在保证预测精度的情况下降低运算复杂度。通过与经典的极限学习机模型预测结果进行对比,该方法能更加准确地预测PEMFC的老化趋势。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 预测 经验模态分解 极限学习机
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改进灰狼优化算法优化CNN-LSTM的PEMFC性能衰退预测 被引量:1
9
作者 高锋阳 刘庆寅 +2 位作者 赵丽丽 齐丰旭 刘嘉 《电力系统保护与控制》 北大核心 2025年第13期175-187,共13页
为进一步提高车用质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)电堆性能衰退预测与剩余使用寿命预测精度,提出一种改进灰狼优化算法优化卷积神经网络-长短期记忆(convolutional neural network-long short-term memo... 为进一步提高车用质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)电堆性能衰退预测与剩余使用寿命预测精度,提出一种改进灰狼优化算法优化卷积神经网络-长短期记忆(convolutional neural network-long short-term memory, CNN-LSTM)的车用PEMFC性能衰退预测方法。首先,通过稳定小波变换对数据集去噪重构,使用改进灰狼算法对实测PEMFC电堆衰退数据进行分析,获得CNN-LSTM最优超参数。其次,利用最优超参数训练CNN-LSTM网络模型进行PEMFC性能衰退预测,并计算PEMFC电堆剩余使用寿命。最后,在电堆静态和动态工况下,将所提方法与传统长短期记忆循环网络、门控循环单元循环网络和未经优化的CNN-LSTM等模型预测进行比较。结果表明:在静态工况中,当训练集占比为60%时,所提方法相比传统CNN-LSTM预测结果均方根误差缩小59.02%,当训练集占比为70%时,PEMFC剩余使用寿命预测与实际相差1.16 h;在动态工况中,当训练集占比为40%时,平均绝对误差缩小18.78%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 改进灰狼优化算法 卷积神经网络-长短期记忆 衰退预测 剩余使用寿命
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基于气体扩散层接触压力均一性的质子交换膜燃料电池封装载荷优化研究
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作者 杨硕 李楠 +4 位作者 谈柱恩 徐云飞 李江飞 刘智 林杰威 《可再生能源》 北大核心 2025年第9期1151-1158,共8页
文章建立了质子交换膜燃料电池三维有限元模型,研究燃料电池封装载荷对气体扩散层(GDL)接触压力均一性的影响,使用变异系数(C_(V))衡量GDL接触压力的均匀程度,并以C_(V)最小为优化目标,使用支持向量机、反向传播神经网络、粒子群优化算... 文章建立了质子交换膜燃料电池三维有限元模型,研究燃料电池封装载荷对气体扩散层(GDL)接触压力均一性的影响,使用变异系数(C_(V))衡量GDL接触压力的均匀程度,并以C_(V)最小为优化目标,使用支持向量机、反向传播神经网络、粒子群优化算法优化支持向量机和灰狼优化算法优化支持向量机建立代理模型,再将最佳代理模型作为优化算法中的适应度函数,通过灰狼优化算法对封装载荷进行优化。结果表明:与其他3种方法相比,使用粒子群优化算法优化支持向量机建立的代理模型的预测精度更高;与优化前相比,C_(V)减小了35%,接触压力均一性得到提升,燃料电池的可靠性和使用寿命均得到改善。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 气体扩散层 接触压力 封装载荷 优化
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COF改性聚酰亚胺纳米纤维/PFSA复合质子交换膜研究
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作者 孟晓宇 鹿钟麒 +4 位作者 彭路漫 刘心茹 乔佳怡 丛川波 周琼 《膜科学与技术》 北大核心 2025年第3期35-43,共9页
质子交换膜(PEM)作为燃料电池的核心部件,发挥着重要的作用,得到广泛的研究。聚合物纳米纤维已被广泛用作全氟磺酸质子交换膜的增强材料,以用于改善其因吸水而产生的尺寸稳定性问题。大量的研究表明单层纳米纤维对复合膜溶胀起积极作用... 质子交换膜(PEM)作为燃料电池的核心部件,发挥着重要的作用,得到广泛的研究。聚合物纳米纤维已被广泛用作全氟磺酸质子交换膜的增强材料,以用于改善其因吸水而产生的尺寸稳定性问题。大量的研究表明单层纳米纤维对复合膜溶胀起积极作用,而增加纤维层数对其性能也有显著的影响。本研究在全氟磺酸基体中添加不同层数的在表面吸附了磺酸类共价有机框架COF(TpPa-SO_(3)H)的聚酰亚胺纤维膜(PINF),制备出多层纤维复合膜,并对其性能进行表征和分析。结果表明,双层聚酰亚胺纤维膜增强的D-TpPa-SO_(3)H@PINF/PFSA性能最佳,各项性能得到明显提升。80℃电导率为263.7 mS/cm,相比于全氟磺酸纯膜,电导率提高了63.4%,面积溶胀率降低了30.6%,氢渗透系数降低了76.0%,功率密度最大为282.6 mW/cm^(2)。 展开更多
关键词 质子交换膜 聚酰亚胺 全氟磺酸 纳米纤维 燃料电池
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车用燃料电池热管理技术的研究进展
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作者 谭丕强 刘晓扬 +2 位作者 杨晓美 胡志远 楼狄明 《太阳能学报》 北大核心 2025年第9期390-398,共9页
基于车用质子交换膜燃料电池工作原理、产热、散热、水热管理问题的研究背景,介绍车用燃料电池电堆的冷却方式及热管理系统关键部件,并结合动力电池、电机电控、乘员舱等多热源的热管理,总结燃料电池整车集成式热管理技术及控制策略。最... 基于车用质子交换膜燃料电池工作原理、产热、散热、水热管理问题的研究背景,介绍车用燃料电池电堆的冷却方式及热管理系统关键部件,并结合动力电池、电机电控、乘员舱等多热源的热管理,总结燃料电池整车集成式热管理技术及控制策略。最后,从建模仿真和试验研究两方面介绍车用燃料电池热管理的研究方法。通过对车用燃料电池当下的研究重点和未来的发展方向进行总结展望,旨在为车用燃料电池高效热管理技术的研究和长远发展提供参考。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 燃料电池汽车 热管理 集成式回路 温度控制
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基于Al_(2)O_(3)纳米流体冷却液的质子交换膜燃料电池传热及输出性能评估
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作者 雷基林 李杰 +4 位作者 刘懿 戈志晖 杞卓玲 邓晰文 王东方 《内燃机工程》 北大核心 2025年第4期149-158,共10页
构建了一个耦合冷却通道的三维多相非等温质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电化学模型,探讨Al_(2)O_(3)纳米流体对PEMFC传热及输出性能的影响。通过膜平均温度、膜平均水含量、膜均匀温度指数(index of un... 构建了一个耦合冷却通道的三维多相非等温质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电化学模型,探讨Al_(2)O_(3)纳米流体对PEMFC传热及输出性能的影响。通过膜平均温度、膜平均水含量、膜均匀温度指数(index of uniform temperature,IUT)来评估传热性能,并通过净功率密度及功耗比评估在PEMFC冷却系统中使用Al_(2)O_(3)纳米流体的可行性。结果表明,Al_(2)O_(3)纳米流体表现出比乙二醇冷却液更优异的冷却性能,其在冷却液低流速范围内的冷却性能更加突出,使膜平均温度显著降低,从而提高膜平均水含量。然而,该纳米流体冷却液在提升冷却效果的同时可能会引起膜温度分布均匀性的下降。具体而言,当冷却液流速为0.1 m/s,输出电压为0.6 V时,膜平均温度由359.66 K降至353.10 K,膜平均水含量从9.91增至11.53,而IUT由1.71上升至1.96。Al_(2)O_(3)纳米流体能够在冷却液低流速范围内显著提高PEMFC的输出性能,使净功率密度上升约3.3%。此外,在相同冷却条件下,Al_(2)O_(3)纳米流体能够在改善PEMFC冷却性能的同时降低由冷却液引起的寄生功率。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 Al_(2)O_(3)纳米流体 传热 功耗比
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质子交换膜燃料电池和电解槽关键组件衰减机理
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作者 王帅 钱相臣 +2 位作者 章雷其 吴启亮 刘敏 《化工进展》 北大核心 2025年第7期3804-3815,共12页
可再生能源,尤其是氢能,通过与电能耦合可以减少碳排放,并且促进电网实现能源转型。燃料电池和电解槽是氢电耦合系统中关键的能量转换装置,其中基于质子交换膜技术的设备因运行时优异的波动适应性和很高的电流密度受到广泛关注,但成本... 可再生能源,尤其是氢能,通过与电能耦合可以减少碳排放,并且促进电网实现能源转型。燃料电池和电解槽是氢电耦合系统中关键的能量转换装置,其中基于质子交换膜技术的设备因运行时优异的波动适应性和很高的电流密度受到广泛关注,但成本高和耐久性差是制约其进一步商业化的关键因素。本文首先简要介绍了质子交换膜燃料电池和电解槽中关键组件,如质子交换膜、催化层、气体扩散层(多孔传输层)和双极板的组成和作用。然后,分别阐述了各个组件的衰减机理,分析认为化学衰减是更为常见的机理,机械衰减和热衰减次之。其中,电解槽阳极处于高电位、高温、强酸性和强氧化性的恶劣环境中,碳材料耐久性大幅下降,金属材料需要涂覆贵金属涂层,进一步使成本提高。最后,本文总结了针对各组件的衰减缓解措施,并对未来材料调整优化的方向进行展望。 展开更多
关键词 燃料电池 电解槽 质子交换膜技术 关键组件 衰减机理 缓解措施
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阳极多口进气方式对空冷型质子交换膜燃料电池水热特性的影响
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作者 雷基林 戈志晖 +3 位作者 李杰 刘懿 刘锋 夏臻玮 《内燃机工程》 北大核心 2025年第1期100-108,共9页
为研究空冷型质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)内部水热特性,改善电池内部水、热等物理性质的均匀性,提出了阳极多口进气的方式。基于单通蛇形流道进气方式,提出了四种进气方式,并建立了三维模型进行计算... 为研究空冷型质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)内部水热特性,改善电池内部水、热等物理性质的均匀性,提出了阳极多口进气的方式。基于单通蛇形流道进气方式,提出了四种进气方式,并建立了三维模型进行计算分析。结果表明:在0.635 V电压下,使用多口进气的方式均能够提升质子交换膜燃料电池的输出性能,改善膜电流密度、膜水含量、阳极催化层氢气含量、阳极催化层水含量的均匀性,但同侧进气的方式温度均匀性较差。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 阳极进气优化 数值模拟 水热特性
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粒子群优化算法结合改进回声状态网络的PEMFC剩余使用寿命预测
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作者 高锋阳 刘嘉 +3 位作者 杨栋 韩国鹏 齐丰旭 刘庆寅 《西北工业大学学报》 北大核心 2025年第3期478-487,共10页
为提高质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)退化预测的精度,提出一种基于粒子群(particle swarm optimization,PSO)算法优化改进回声状态网络(revised echo state network,RESN)的PEMFC电压预测方法。通过改... 为提高质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)退化预测的精度,提出一种基于粒子群(particle swarm optimization,PSO)算法优化改进回声状态网络(revised echo state network,RESN)的PEMFC电压预测方法。通过改进回声状态网络水库中各神经元连接方式,加快非线性拟合过程;利用PSO算法优化模型谱半径、泄漏率、神经元数量等,提高模型预测精度,采用SG(Savitzky-Golay)滤波算法对原始数据有效去峰去噪,再利用PSO-RESN准确预测PEMFC电压;采用不同样本数据集作为训练集和测试集,将所提模型在静态和准动态实验数据集下与扩展卡尔曼滤波、传统回声状态网络进行对比。结果表明,在训练集占比为80%时,对于静态工况FC1,相较于ESN,PSO-RESN方法的均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)分别降低了17.50%和25.53%;对于准动态工况FC2,相较于ESN方法,PSO-RESN方法的均方根误差和平均百分比误差分别降低了16.93%和21.28%。所提方法能够实现PEMFC更高精度退化趋势与剩余使用寿命预测。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 退化预测 回声状态网络 粒子群算法 剩余使用寿命
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质子交换膜燃料电池增湿策略研究进展
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作者 叶立 叶志鹏 +2 位作者 贺浩然 张绮冬 王译增 《化学工程》 北大核心 2025年第2期13-19,70,共8页
PEMFC(质子交换膜燃料电池)具有效率高、功率密度大、清洁无污染、工作寿命长、工作温度低且运行稳定等优点。水管理作为质子交换膜的关键技术之一,受到广泛关注。PEMFC内质子交换膜在使用过程中需要维持合适的湿度,以拥有较高的质子电... PEMFC(质子交换膜燃料电池)具有效率高、功率密度大、清洁无污染、工作寿命长、工作温度低且运行稳定等优点。水管理作为质子交换膜的关键技术之一,受到广泛关注。PEMFC内质子交换膜在使用过程中需要维持合适的湿度,以拥有较高的质子电导率和耐久性能,因此需要适当的增湿策略保证质子交换膜处于合适的水合状态。燃料电池的增湿策略大致可分为内增湿和外增湿。内增湿又可分为化学加湿和物理加湿,外增湿可分为鼓泡增湿、直接注水增湿、焓轮增湿和膜增湿等。分别介绍了每一种增湿方法的工作原理和性能,以此分析不同方法的特点,并基于此,识别每种方法在特定应用领域中的适用性和效能,为与具体应用场景的结合提供参考。总体而言,PEMFC的增湿技术之后发展可能主要聚焦于低温自增湿膜电极的构建,自增湿和外增湿技术的协同应用,以及对增湿过程的控制优化。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 水管理 内增湿 外增湿
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质子交换膜燃料电池水热管理技术现状与展望
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作者 武小花 杨钢 +2 位作者 周鸿旭 陈洲 范占锋 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第17期7031-7039,共9页
水热管理技术的运用有利于解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)散热需求大、低温冷启动慢、寿命短等问题。对大功率燃料电池进行动态响应试验,利用皮尔森相关性系数验证了温湿度与有效输出电压的相关性,... 水热管理技术的运用有利于解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)散热需求大、低温冷启动慢、寿命短等问题。对大功率燃料电池进行动态响应试验,利用皮尔森相关性系数验证了温湿度与有效输出电压的相关性,并通过文献分析水管理和热管理对燃料电池的影响,总结了现阶段的水热管理方法与建模方式。水管理方法主要有反应气体加湿、内部结构设计和排水控制,但无法实现较为准确的水含量在线检测,闭环控制较为困难。而热管理技术较为成熟,利用传统热机的水冷却方法并结合所制定的温度控制策略对热管理子系统中的水泵和风扇进行控制,使电堆温度和进出口冷却水温差稳定在合理的范围。温度与电堆内部水分布具有强耦合性,往往单一的温度变量、水变量研究并不能真实反映温度和水含量对燃料电池性能的影响。未来使用高效的水热耦合技术,综合考虑温度与水含量对PEMFC的影响才是提高其性能、有效改善附件寄生功率、延长使用寿命的关键。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 水管理 热管理 耦合管理
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PEMFC金属泡沫流场全形态三维性能模拟及结构优化
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作者 李楠 白雪宜 +2 位作者 杨抖 李贵敬 马诗会 《汽车工程》 北大核心 2025年第7期1277-1284,共8页
流场设计是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)性能提升的关键,高孔隙率的金属泡沫材料被提出可作为PEMFC的备选流场。本文进行金属泡沫完整形状的形态重建,建立了以10 PPI、20 PPI、40 PPI、100 PPI 4种... 流场设计是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)性能提升的关键,高孔隙率的金属泡沫材料被提出可作为PEMFC的备选流场。本文进行金属泡沫完整形状的形态重建,建立了以10 PPI、20 PPI、40 PPI、100 PPI 4种金属泡沫为阴极流场的PEMFC模型,并与常规平行和蛇形流场进行比较,发现金属泡沫流场能有效改善流道内反应气体及产物的输运与分布,强化电化学反应过程,且金属泡沫材料的PPI值越大,输出性能越好。此外,研究了不同气体扩散层孔隙率对含金属泡沫流场的PEMFC的影响,研究发现,孔隙率范围在0.4-0.6之间较为适宜。本研究还提出了一种基于伞形结构的宽韧带40 PPI金属泡沫结构改进方法,PEMFC的输出性能得到进一步提高。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 全形态重建 流场 金属泡沫 结构改进
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车用大尺寸PEM燃料电池流场结构多目标优化设计
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作者 田韶鹏 魏运哲 肖从达 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第8期213-221,共9页
针对大尺寸平行流场(SPFF)工质分布不均和排水效率低的问题,开发了基于曲折平行流场(WPFF)的多目标优化设计方法:通过构建二维半电池代理模型简化三维多相数值模型,结合鲸鱼优化算法(WOA)平衡电压输出与流场压降。研究表明:优化后的WPFF... 针对大尺寸平行流场(SPFF)工质分布不均和排水效率低的问题,开发了基于曲折平行流场(WPFF)的多目标优化设计方法:通过构建二维半电池代理模型简化三维多相数值模型,结合鲸鱼优化算法(WOA)平衡电压输出与流场压降。研究表明:优化后的WPFF(WPFFO)结构在催化剂用量减少7.4%的条件下,0.4 V工况下电流密度提升1.6%,净功率密度显著增加,流道内氧气分布均匀性提高,液态水积聚现象得到有效抑制。三维多物理场验证结果表明,该设计通过增强湍流效应和垂直传质效率改善了浓差极化和水管理能力,可使PEMFC更加高效、稳定地运行。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 代理模型 多目标优化 鲸鱼算法 水管理
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