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关键词： 电动拖拉机   能量管理   燃料电池   KKT条件  

摘要： 为了解决传统柴油拖拉机污染物排放高以及纯电动拖拉机持续作业时间短的问题,设计了以燃料电池作为主要能源、电池作为辅助能源、电机作为动力源的新型拖拉机动力总成系统,搭建了拖拉机犁耕整车模型、燃料电池模型、电池模型以及燃料电池耐久模型。为了合理分配燃料电池和电池电流,设计了一种基于规则的控制策略,通过对二次型效用函数的微分并结合KKT(Karush-Kuhn-Tucker Conditions)条件实现了燃料电池及电池在能量管理过程中的收益的最大化。仿真结果表明:所设计的能量管理策略可以很好地维持电池SOC、降低燃料电池性能衰退、提升拖拉机犁耕作业里程,拖拉机搭载960g氢气,初始SOC=90%时,可持续犁耕作业2.8 h。

关键词： 燃料电池   空压机   离心式空压机   能量回收  

摘要： 空压机作为燃料电池发动机空气供应系统的核心部件之一，通过对空气增压满足燃料电池堆高压比、大流量的空气需求，其性能直接影响着燃料电池发动机的输出性能和效率。离心式空压机以其体积小、效率高、响应快的优势以及企业关键技术的日趋成熟，逐渐成行业主流技术路线，是当前车载燃料电池系统集成应用的首选。针对当前行业燃料电池用空压机快速技术的发展现状，本文通过对比行业主要离心式空压机的性能和参数对空压机的技术发展和趋势进行了简要分析。

关键词： 固定式发电   燃料电池   膜电极   微观结构   催化剂  

摘要： 本文对天然气重整制氢型固定式发电用燃料电池堆进行时长为1.9万h的耐久测试，并对衰减前后的膜电极的电化学特性，微观结构变化，催化剂成分变化进行研究。研究结果表明：经过耐久性测试后的电堆膜电极电压衰减27.6%，电堆输出功率显著下降，抗CO能力降低。质子交换膜变薄，催化剂流失，催化剂中Pt和Ru含量显著下降，催化剂层出现开裂、坍塌现象。催化剂粒径由5～6nm增长至8～10nm，并且出现直径约100nm的催化剂团聚颗粒。催化剂流失和微观结构变化是燃料电池电化学性能衰减的重要原因。

关键词： 混合动力船舶   燃料电池   寿命衰减   能量管理   等效氢耗最小策略  

摘要： [目的]针对寿命衰减对燃料电池效率和动力系统耐久性的影响，提出考虑燃料电池寿命衰减的自适应等效氢耗最小策略。[方法]基于燃料电池效率与退化之间的关系，引入燃料电池退化因子，设计考虑效率退化的能量管理目标函数，进而分析燃料电池退化影响因素，构建兼顾经济性与耐久性的功率分配优化体系，并在燃料电池轻微退化、半退化和严重退化这3种典型场景下进行对比实验，验证所提策略在燃料电池全生命周期内的优化性能。[结果]仿真结果表明，与原策略相比，在燃料电池全生命周期内，所提策略最多可使燃料电池退化率降低12.4%、船舶单航次成本降低4.97%。[结论]在燃料电池全生命周期内，该策略能有效提高船舶混合动力系统的经济性与耐久性。

关键词： 燃料电池   湿度   空气系统   动态过程  

摘要： 车用质子交换膜燃料电池系统工作过程中，电堆内湿度除反应生成的水的影响外，气流带入带出的水也有很大影响，而车用工况工作条件变化频繁，工况切换时湿度发生明显变化，其频繁变化将导致系统寿命下降，因此有必要对动态变化的过程进行研究。本文基于MATLAB/Simulink软件平台建立了燃料电池系统仿真模型，包括燃料电池电堆，空气子系统，氢气子系统和冷却系统。电堆的增湿方式为在空气侧利用增湿器实现电堆进出口空气换湿。空气系统参数主要由空压机转速和背压阀开度控制，分别研究了动态变化过程中空压机转速变化的速度，空压机转速变化的路径和空压机转速、背压阀开度和电流三者变化的相对时间对电压和湿度变化的影响。在本文的条件设置中，在进气流量和压力完全变化到目标值后再改变电流对减小电压下冲值有很大帮助，但会导致湿度大幅波动，这将对系统寿命造成不利影响。综合考虑减小电压下冲值和减小湿度波动，动态变化过程中，按照空压机，背压阀和电流的顺序依次变化，且变化间隔控制在一定范围内最为合适。

关键词： 燃料电池   梯度结构   扩散层   多场协同  

摘要： 扩散层作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部最柔软的部分，承担着将反应气体传递到催化层，将生成的水排出等作用，改变其扩散性能是提高燃料电池的性能的重要途径。该文聚焦于对PEMFC扩散层几何形状进行优化以提高燃料电池输出性能，提出一种基于有限数据分析法与BP神经网络预测法的燃料电池扩散层优化方法。这是一种可广泛应用于多自变量复杂优化过程的优化方法，基于此方法得到了一种全新的锥形扩散层结构。与传统结构PEMFC相比，在相同的工作条件与相同流道结构下，使用新型扩散层结构的PEMFC的输出功率提高约4.4%，最大温度梯度减小约4.2%，反应物利用率提高约3.9%，排水能力提高约5.3%。进一步分析了两种结构PEMFC在三物理场协同性能的差异，发现所提出的新型扩散层结构PEMFC在同结构同工况条件下协同性能比传统扩散层结构平均提高16.1%，为PEMFC结构优化提供一种全新的优化方法与优化路径。

关键词： 燃料电池   重整甲醇燃料电池   甲醇重整器   系统   集成  

摘要： 相对于纯氢，液态甲醇具有储运方便、来源广泛以及体积能量密度高等优点，并可通过现场重整制氢与高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)联合发电，有望解决低温PEMFC用氢难的挑战。本研究优选具有完全自主知识产权的高性能HT-PEMFC电堆与甲醇重整器(MSR)，其中HT-PEMFC电堆在160℃、氢/空和低化学计量比下的输出功率可达5.46 kW@80 A，而甲醇重整器输出气量达5 Nm3/小时，氢气浓度高达74.8%，CO浓度仅为1%，满足HT-PEMFC运行需求。通过将MSR与HT-PEMFC进行耦合，采用高、低温热子系统并联的方式构建了高性能的MSR/HT-PEMFC系统，其输出功率与电堆在纯氢条件下的输出功率相同，而甲醇水溶液(V/V=6/4)单耗最低仅为0.81 kg/kW，表明该系统甲醇水溶液单耗低、输出性能高，具有广阔的应用前景。

关键词： 燃料电池   故障诊断   案例推理   证据融合  

摘要： 氢能产业发展迅速,质子交换膜燃料电池系统已实现初步应用广,在车、船、电站领域的应用逐渐推广。由于燃料电池系统的产业化开始时间有限,产品标准化程度较低,在生产过程中容易出现各种故障问题,研发、生产人员难以定位故障点及故障原因,排查及解决故障的时间长,严重影响生产进度。本研究通过将证据融合理论与案例推理故障诊断方法结合,构建一种混合数据的D-S-CBR系统,实现两种类型异构数据的融合及故障诊断。并将此研究应用于燃料电池系统的生产中,辅助研发、生产人员进行生产过程故障诊断,减少故障诊断时间,降低生产成本,提高产品质量。

关键词： 燃料电池   Simulink建模   过氧比   前馈PID   模糊PID  

摘要： 为了研究燃料电池系统的特性以及空气系统对燃料电池特性的影响,利用Simulink仿真软件对燃料电池系统进行建模,模型包括电压模型、空压机模型、阴极模型、阳极模型.分别通过前馈比例-积分-微分(proportional-integral-differential, PID)和模糊PID对燃料电池空气系统进行控制.结果表明:在负载电流变化时,前馈PID和模糊PID都能够使过氧比达到设定的常数值2.0附近,但模糊PID比前馈PID响应更快,且模糊PID控制下的燃料电池输出功率波动较小,燃料电池系统更加稳定.

关键词： 燃料电池   相对湿度   变载工况   电压一致性   电堆性能  

摘要： 为了探究进气相对湿度对质子交换膜燃料电池电堆变载工况性能的影响,设计了一个动态循环工况,包括电流密度从0.10到0.35 A/cm^(2)、从0.10到1.00 A/cm^(2)的2种阶跃工况和电流密度分别为0.10、0.35、1.00 A/cm^(2)的稳定工况,进行了相对湿度分别为20%、30%、50%、70%、80%的5组试验.结果表明:恒流状态时,电堆在不同电流密度下对相对湿度的敏感性不同,在大电流密度下相对湿度对电堆性能影响较大;变载过程中,电堆电压出现下冲和过冲现象,加载过程的电压下冲量与变载幅度和相对湿度有关,电堆单电池电压一致性变差,电压一致性与进气相对湿度有关.