便攜式PEMFC移動(dòng)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，能源需求和供應(yīng)之間的鴻溝日益明顯，同時(shí)，化石燃料引起的生態(tài)環(huán)境惡化也對(duì)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展造成極大的挑戰(zhàn)。目前，能源工業(yè)存在明顯的弊端，化石能源的化學(xué)能必須轉(zhuǎn)化為熱能后才能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，轉(zhuǎn)化效率受卡諾循環(huán)限制，僅為33％～35％。這個(gè)過(guò)程中，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢氣、廢渣以及噪聲，大規(guī)模的污染問(wèn)題仍然沒(méi)有得到有效解決。
　　燃料電池(Fuel Cell，F(xiàn)C)技術(shù)的出現(xiàn)為人類(lèi)能源利用方式帶來(lái)了

2、新的契機(jī)。燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料中的能量通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)化效率高（40％～60％），環(huán)境友好，氫燃料電池的排放物只有水。只要有足夠的燃料和氧氣，它可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，具有廣闊的發(fā)展前景。在眾多類(lèi)型的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEFMC)具有工作溫度低、能量轉(zhuǎn)換效率高(60％)、無(wú)有害排放物質(zhì)和易于操作等優(yōu)點(diǎn)而

3、受到人們的青睞，日益得到各國(guó)政府、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視。PEMFC越來(lái)越多的被應(yīng)用于交通、軍事、航天以及便攜式移動(dòng)電源等領(lǐng)域。
　　本文對(duì)新加坡淡馬錫理工學(xué)院自主研發(fā)的PEMFC進(jìn)行了一系列的相關(guān)研究。實(shí)驗(yàn)研究了影響PEMFC工況的兩個(gè)最重要因素:排水周期和溫度控制。排水周期實(shí)驗(yàn)表明，PEMFC排水周期選擇需依工作負(fù)載而定。排水頻率過(guò)低，PEMFC陽(yáng)極積水不能及時(shí)排出，容易造成部分電池“水淹”，影響單電池電壓的平行性以及表面溫度分

4、布的均勻性;排水頻率過(guò)高，陽(yáng)極氫氣利用率低，造成燃料的浪費(fèi)。溫度控制影響實(shí)驗(yàn)表明，溫度控制可以使PEMFC具備更好的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。負(fù)載變化時(shí)表面溫度變化幅度小，有助于燃料電池壽命的延長(zhǎng)，但溫度控制并不能有效地提高PEMFC輸出功率。這些PEMFC相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究為下一步便攜式移動(dòng)電源制作提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并且在控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面也具有指導(dǎo)意義。
　　本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于PEMFC的便攜式移動(dòng)電源，主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。