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

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)在電化學反應過程中要產(chǎn)生相當數(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熱現(xiàn)象的發(fā)生，因此在能量轉(zhuǎn)化的過程中PEMFC的運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熱能來滿足不同熱應用的需求。通過技術(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、能量的級別來對能源進行合理利用。圍繞上述觀點，本文結(jié)合不同尺度的PEMFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應用實例研究如下：
　　 1.將小型PEMFC在水下滑翔器內(nèi)實現(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，將其所產(chǎn)生的熱能作為其航行的驅(qū)動動力。試驗驗證，此系統(tǒng)使溫差熱機的性能得到了明顯的改進；通過改變PEMFC的運行條件可以有效地控制其輸出的熱電比例，以滿足滑翔器在不同

3、航行條件下的驅(qū)動要求。
　　 2.介紹了應用于燃料電池混合動力電動車FCHEV(Fuel Cell Hybrid ElectricVehicle)的三種典型動力鏈設(shè)計。其目的是通過對綜合效率、燃料經(jīng)濟性以及行駛成本的評估，論證在不同動力鏈下FCHEV的經(jīng)濟可行性。此外，提出了將溫差發(fā)電機作為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充電。試驗結(jié)果顯示，此項技術(shù)可以在提高燃料綜合利用率的同時降低

4、對車載鋰電池的尺寸要求。
　　 3.提出了在PEMFC分布式發(fā)電系統(tǒng)中實現(xiàn)梯級能量利用的設(shè)計。由于PEMFC在發(fā)電的過程中要產(chǎn)生相當數(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