基于內(nèi)阻測試的質(zhì)子交換膜含水量軟測量研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因為清潔無污染(生成物為水)、能量轉(zhuǎn)換效率高(實際效率40％～60％)、能量密度高等優(yōu)點，被稱為是21世紀(jì)最有前途的能量轉(zhuǎn)化裝置之一，成為新的研究熱點。PEMFC研究涉及到流體運動學(xué)、電化學(xué)、材料學(xué)、自動控制等多學(xué)科知識。質(zhì)子在膜中是以水合質(zhì)子的形式傳遞，水是質(zhì)子傳導(dǎo)的載體。膜中含水量很大程度決定了電導(dǎo)率的大小，合適的含水量可以使電導(dǎo)率達(dá)到最佳，含水量過高和過低都會降低電導(dǎo)率，從而降低發(fā)電效率。監(jiān)控PEM

2、含水量，使之保持適中，是提高電堆發(fā)電效率和延長使用壽命的最有效途徑，含水量測量則是實現(xiàn)監(jiān)控必經(jīng)的第一步。 PEM含水量因電堆密封和空間有限難以直接測量，但可以通過一些間接方法測量。目前含水量可以通過測量電堆中的相對濕度間接得到，但其相對濕度的測試技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備龐大昂貴，僅可作為設(shè)計研究階段測試應(yīng)用，不能應(yīng)用于現(xiàn)場運行監(jiān)控。本文提出一種PEM含水量的軟測量技術(shù)，目的是實現(xiàn)現(xiàn)場運行時PEM含水量的檢測與控制。 進行PEM含水

3、量的軟測量，必須確定模型相關(guān)變量和取得學(xué)習(xí)訓(xùn)練中需要相關(guān)數(shù)據(jù)，其中燃料電池的單片歐姆內(nèi)阻、電壓、溫度是最重要的數(shù)據(jù)，而這些都沒有現(xiàn)成的、簡易的測試儀器設(shè)備。本文在分析總結(jié)了國內(nèi)外理論與實踐知識基礎(chǔ)上，采用交流阻抗法設(shè)計了一種PEMFC單片內(nèi)阻在線測試裝置，利用它獲得內(nèi)阻、電壓、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，該裝置設(shè)計是一種應(yīng)用創(chuàng)新。 本文介紹了燃料電池各種狀態(tài)特點和傳輸過程中PEM水傳遞三種方式：電遷移、壓力遷移、濃差擴散。本文介紹了他們的數(shù)