質(zhì)子交換膜燃料電池控制器的設(shè)計

4 燃料電池控制器實驗結(jié)果

實驗裝置由質(zhì)子交換膜燃料電池、鉛酸蓄電池和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。燃料電池和蓄電池為負(fù)載供電，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來記錄必要的信息。所有物理參數(shù)，如質(zhì)子交換膜燃料電池堆和蓄電池的電流與電壓、反應(yīng)物的氣體流量、流場的壓降、空氣和氫氣相對濕度和溫度通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被記錄。

隨負(fù)載的增加，質(zhì)子交換膜燃料電池堆溫度將上升。由于溫度控制器的調(diào)整，電池堆的溫度將保持在50℃~60℃，如圖5和6所示。一般來說，更高的操作溫度是令人滿意的，因為其減少質(zhì)量運(yùn)輸限制和增加電化學(xué)反應(yīng)率，但同時，由于水蒸氣的增加，更高的溫度可能導(dǎo)致增加質(zhì)量運(yùn)輸損失。因此，實驗中電池堆的溫度被控制在50℃~60℃，以保持水分平衡，減少了內(nèi)部阻力或歐姆損失的影響。

實驗結(jié)果表明，當(dāng)外部的負(fù)載突然改變時，氫氣不能被快速提供給質(zhì)子交換膜燃料電池堆。當(dāng)UPS負(fù)載突然變化，例如，從60 W到210 W，質(zhì)子交換膜燃料電池堆的輸出電壓迅速下降并使UPS關(guān)閉，因此，這個結(jié)果會使氫氣和空氣匱乏并可能毀掉質(zhì)子交換膜燃料電池堆。為了能夠為外部負(fù)載供應(yīng)足夠的功率并且保護(hù)質(zhì)子交換膜燃料電池堆，混合UPS系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池，以防止質(zhì)子交換膜燃料電池的過度使用和為外部負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。如圖7所示，在正常情況下質(zhì)子交換膜燃料電池堆可長時間供應(yīng)UPS電源，當(dāng)UPS負(fù)載急劇變化或氫氣被凈化，燃料電池控制器可以在質(zhì)子交換膜燃料電池和蓄電池之間切換。

實驗的結(jié)果已經(jīng)證明了所設(shè)計的控制器監(jiān)控方案與傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)相比可以更好地工作。智能綜合控制的主要優(yōu)勢是它可以解決燃料與空氣的匱乏、膜嚴(yán)重侵水或干燥等問題對于一個質(zhì)子交換膜燃料電池性能影響。它完成了對不同負(fù)載功率的適應(yīng)性控制，提高了穩(wěn)定性、功率效率和可靠性。

參考文獻(xiàn)
[1] 衣寶廉. 燃料電池——原理·技術(shù)·應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：182-311.
[2] WANG X D， DUAN Y Y， YAN W M. Numerical study of cell performance and local transport phenomena in PEM fuel cells with various flow channel area ratios[J]. Journal of power sources，2007，172(1)： 265-277.
[3] 毛宗強(qiáng).燃料電池[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：140-142.
[4] 林維明.燃料電池系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998：47-56.
[5] 陳小文，閆志強(qiáng)，譯.PIC嵌入式系統(tǒng)開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2008：138-171.
[6] 王繼月.燃料電池控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2005：11-31.