质子交换膜燃料电池低电密运行参数的优选分析.pdf

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1、质子交换膜燃料电池低电密运行参数的优选分析王婕陈沛胡哲赵景辉陈强(上海汽车集团有限公司技术中心，上海201804)【摘要】通过对质子交换膜燃料电池低电密运行的正交试验研究，分析了过量空气系数、冷却水入口温度、阴极入口处的相对湿度以及阴极入口压力这4个运行参数对质子交换膜燃料电池性能的影响。【Abstract]．Bymeansoforthogonaltest，theeffectsofoperatingparameters(excessairratio，temperatureofcoolingwaterinstackentra

2、nce，relativeairhumidityandairpressureincathodeen-trance)ontheperformanceoflowcurrentdensityprotonexchangemembranefuelcellarestudied．【关键词】燃料电池低电密质子交换膜doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2012．01．02在进行燃料电池系统开发时，分析燃料电池各个0引言运行参数对系统的影响显得尤为重要。燃料电池能够将燃料的化学能直接转化为电1试验方法和试验方案能，摆脱了卡

3、诺循环热效率的限制。具有高效、清洁的优点，被视为内燃机动力的理想替代选择，目1．1正交试验前已成为世界各大汽车商和研究机构的研发重正交试验设计简称正交试验，是利用正交表点。科技部发布的“十二五”发展规划中明确提科学地安排及分析多因素、多水平对比运行的数出了“面向示范的燃料电池轿车”的整车项目，从学方法。正交试验依据数学原理对试验进行整体国家政策层面来看，足以表明国家对新能源产业设计、综合比较和统计分析，根据正交性从全面试发展的重视程度。验中挑选出一部分具有正交性质的因素和水平指随着研究的进展，燃料电池技术已接近实用标进行试

4、验，实现通过少数的试验次数找到较好化阶段，有部分质子交换膜(PEM)汽车已安全、稳的工作条件。正交表能够在因素变化范围内均衡定、高效地完成了奥运会及世博会期间的试运行，抽样，试验点具备“均衡分散，齐整可比”的特点，并且取得了很好的社会效应。在提高燃料电池电这些有代表性的点极大地减少了运行次数，保证堆性能和可靠性之外，还需充分提高其辅助系统了全面试验的某些要求，使试验能够较好或更好的性能和可靠性，以便能给燃料电池电堆提供合地达到试验目的，是一种高效率、快速、经济的实适的工作条件，提高燃料电池效率，尽量使整个系验设计方法。统结

5、构紧凑。燃料电池电堆对工作条件要求较为1．2燃料电池运行参数苛刻，在燃料电池运行过程中，需要控制很多参数燃料电池的影响因素十分复杂，是由许多影以确保燃料电池能够工作在最佳工作状态，因此响因素共同作用的结果。参加反应的气体是氢气收稿日期：2011—09—29上海汽车2012．01·7·和氧气，而氧气的供给是采用直接供给空气的办法，反应的气体并不能全部消耗掉，另外由于质子交换膜燃料电池的特殊性，供给的气体都需要进行必要的加湿。总结与燃料电池工作状态相关的参数如下：(1)燃料电池工作温度。(2)空气相关参数。温度：加湿后，燃料电

6、池空气人口温度；过量空气系数：燃料电池入口流量；图1PEM燃料电池系统原理简图压力：燃料电池入口压力，背压控制；范围内的运行参数，选择分析的基本工况点为湿度：燃料电池入口湿度。50mA／cm、150mA／em2、300mA／em、500mA／cm。(3)氢气相关参数。根据已有文献分析，选择过量空气系数、冷却液人温度：加湿后，燃料电池氢气入口温度；口温度、阴极人口处相对湿度、阴极入口压力4个过量氢气系数：燃料电池人口流量；影响电堆系统的重要参数作为正交试验的考虑因压力：燃料电池氢气人口压力，背压控制；素。采用三水平试验法，首

7、先得到中间水平值，再湿度：燃料电池氢气人口湿度。根据经验上下浮动得到另外两个水平值。在确定1．3燃料电池堆性能参数及系统原理介绍了试验参数以及各个试验参数的水平数之后，选被测PEM燃料电池堆的基本工作参数见表择符合条件的正交试验设计表来具体设计试验。1。由于考虑到技术保密的需要，某些数据仅列出本次试验共有4个参数，每个参数分别有3个水估值。平，因此选择的正交表位L9(24)，如表2所示。表1燃料电池参数表2低电密燃料电池参数数值质量／kg<100试验序号因素一厌I豢一因素三因素四体积／L50l111121222额定功率／k

8、w<5O3l333冷却水流量／(m／h)3．342l23冷却水压力／kPa2252231环境温度／~C2～4562312环境相对湿度／％10～9O73132832l3PEM燃料电池系统工作原理如图1所示。图中储存在氢气罐中的氢气经过两级减压后，由氢喷射装置在一定周期内间隔喷射一定量氢气进入2试验数据及方