面向質(zhì)子交換膜燃料電池能量系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能分析.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中要產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的熱能，這部分熱能需要從電池堆中排出以防止膜的脫水和過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生，因此在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中PEMFC的運(yùn)行溫度一般要保持在70℃左右。傳統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)一般難以在這樣的低溫下實(shí)現(xiàn)熱能的二次利用。隨著現(xiàn)代可再生能源技術(shù)的不斷發(fā)展，很多新型的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)已可有效地抽取低溫?zé)崮軄?lái)滿(mǎn)足不同熱應(yīng)用的需求。通過(guò)技術(shù)的組合，PEMFC的熱電聯(lián)供系統(tǒng)不僅可提高系統(tǒng)能量的綜合效率，而且可依據(jù)

2、能量的級(jí)別來(lái)對(duì)能源進(jìn)行合理利用。圍繞上述觀(guān)點(diǎn)，本文結(jié)合不同尺度的PEMFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例研究如下：
　　 1.將小型PEMFC在水下滑翔器內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供以提高燃料綜合利用效率。在此熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，PEMFC可以在為滑翔器內(nèi)部的傳感器和控制電路提供電能的同時(shí)，將其所產(chǎn)生的熱能作為其航行的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。試驗(yàn)驗(yàn)證，此系統(tǒng)使溫差熱機(jī)的性能得到了明顯的改進(jìn)；通過(guò)改變PEMFC的運(yùn)行條件可以有效地控制其輸出的熱電比例，以滿(mǎn)足滑翔器在不同

3、航行條件下的驅(qū)動(dòng)要求。
　　 2.介紹了應(yīng)用于燃料電池混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)FCHEV(Fuel Cell Hybrid ElectricVehicle)的三種典型動(dòng)力鏈設(shè)計(jì)。其目的是通過(guò)對(duì)綜合效率、燃料經(jīng)濟(jì)性以及行駛成本的評(píng)估，論證在不同動(dòng)力鏈下FCHEV的經(jīng)濟(jì)可行性。此外，提出了將溫差發(fā)電機(jī)作為PEMFC廢熱的回收裝置，使其產(chǎn)生的熱量能夠直接轉(zhuǎn)化為電能并可用于鋰電池的在線(xiàn)充電。試驗(yàn)結(jié)果顯示，此項(xiàng)技術(shù)可以在提高燃料綜合利用率的同時(shí)降低

4、對(duì)車(chē)載鋰電池的尺寸要求。
　　 3.提出了在PEMFC分布式發(fā)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)梯級(jí)能量利用的設(shè)計(jì)。由于PEMFC在發(fā)電的過(guò)程中要產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的熱能，這部分熱能除用于建筑空間采暖之外還可借助海洋熱能轉(zhuǎn)化(OTEC)技術(shù)進(jìn)行二次發(fā)電?；鹩梅治鲲@示由于熱能轉(zhuǎn)換(TEC)系統(tǒng)可獲得PEMFC優(yōu)質(zhì)熱能，相對(duì)于傳統(tǒng)OTEC，其性能得到了顯著地提高。分析結(jié)果顯示PEMFC和TEC子系統(tǒng)之間通過(guò)溫度變化而相互關(guān)聯(lián)，TEC子系統(tǒng)的發(fā)電效率和輸出功率均