5KW水冷燃料电池系设计及研究方案
风冷燃料电池设计及其性能研究
性燃料电池组，被用来小型机械动力设备，从这个时 候燃料电池不仅仅局限于实验室而是开始用于实际 生产中。传统质子交换膜燃料电池的笨重庞大限制 了燃料电池的应用。为了简化燃料电池系统，本文 设计并实验研究了风冷燃料电池堆。本文利用流体 力学知识，设计了风冷燃料电池堆的流场结构，优化 电堆运行参数。 １ 风冷燃料电池的设计 １１ 燃料电池的基本参数
２０
《计量与测试技术》２０１８年第 ４５卷第 ９期
风冷燃料电池设计及其性能研究
阮敬杰 伊春明 吴行阳
（上海大学机电工程与自动化学院，上海 ２０００７２）
摘 要：传统质子交换膜燃料电池运行中需要冷却系统带走电池生成的热量，这导致了电池系统十分笨重庞大，限制了燃料电池的应用。为了 简化燃料电池系统，本文设计并实验研究了风冷燃料电池堆。本文利用流体力学知识，设计了风冷燃料电池堆的流场结构，优化电堆运行参 数。风冷燃料电池装置的简化使其和传统燃料电池的操作条件有较大差异，本文对风冷电堆的热平衡进行探讨，对不同操作条件对电堆的性 能影响进行实验研究。得出了 ５００Ｗ 风冷燃料电池的单电池数为 ２０片，单电池活性面积为 １４０ｃｍ２，氢气流道双蛇形，规格尺寸为 ７×２０ｃｍ２， 空气直流道，规格尺寸为 ７×２０ｃｍ２。当负载 ６００ｍＡ·ｂｃｍ－２电流密度时，风冷电堆最佳性能所需的温度是 ４６℃，最佳风量为 ２６８ｍ３／ｍｉｎ。 关键词：骨水泥；静态力学性能；疲劳性能 中图分类号：０３５ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０４０９９ ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－６９４１．２０１８．０９．００６
２０片
长 ×宽 ×高
２２０×１３３×１１５ｍｍ
重量
≤４１ｋｇ
本文将风冷燃料电池工作电流密度为 ３００ｍＡ／ｃｍ２
5kW三重化双向DC-DC储能变流器的研究
5kW三重化双向DC-DC储能变流器的研究近年来，随着可再生能源的快速发展和智能电网的建设，储能技术逐渐成为能源领域的热门研究方向。
储能变流器作为储能系统中的核心装置，其性能对储能系统的效率和稳定性具有重要影响。
本文针对储能变流器的研究，提出了一种新型的5kW三重化双向DC/DC储能变流器。
该变流器采用了三重化的电路拓扑结构，具备双向功率传输的功能，可实现储能系统的高效能量转换。
首先，本文对储能变流器的工作原理进行了详细介绍。
储能变流器主要由DC/DC变换器和逆变器两部分组成。
其中，DC/DC变换器负责将储能系统的电能转换为直流能量，并进行电压和电流的变换，以适应不同的工作环境。
逆变器则将直流能量转换为交流能量，实现能量的输出。
接着，本文详细分析了5kW三重化双向DC/DC储能变流器的电路结构。
该变流器采用了三个独立的DC/DC变换器，并通过控制电路实现了它们之间的互联。
这种三重化的设计不仅提高了系统的可靠性和容错性，还能够提高系统的效率和稳定性。
然后，本文对储能变流器的控制策略进行了研究。
通过对电流和电压的测量和控制，能够实现储能变流器的双向功率传输。
同时，采用了适应性控制算法，能够根据不同的工作条件和负载特性，自动调节变流器的工作参数，以提高系统的性能和效率。
最后，本文通过实验验证了5kW三重化双向DC/DC储能变流器的性能。
实验结果表明，该变流器具有较高的转换效率和稳定性，能够满足不同工作条件下的需求。
同时，该变流器的控制策略也能够实现储能系统的高效能量转换。
综上所述，本文提出了一种新型的5kW三重化双向DC/DC 储能变流器，并对其电路结构和控制策略进行了研究。
该变流器具有较高的性能和效率，为储能系统的应用提供了一种可靠的解决方案。
随着可再生能源的不断发展和智能电网的推广，储能技术和储能变流器的研究将会取得更加重要的进展。
燃料电池冷却系统三通管的设计及优化
燃料电池冷却系统三通管的设计及优化刘洪建;王聪康;崔洪坡;周博孺;李国祥;王桂华【摘要】燃料电池冷却水人堆前的三通管路既要保证流量分配的均匀性,又要求管路压降控制在合理范围内.针对某燃料电池冷却系统三通管压降较大的问题,设计两种优化方案,优化方案1是主管路底部采用光滑的圆弧过渡,方案2在方案1的基础上把主管路底部做成内凹的半球体结构.结果表明:优化后的两种方案均满足流量分配均匀性的要求,但方案2比方案1的压力损失降低8.2％,因而选择方案2作为最终的优化结构,能更好地满足设计要求.【期刊名称】《内燃机与动力装置》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】4页(P11-14)【关键词】冷却系统;三通管;设计;优化【作者】刘洪建;王聪康;崔洪坡;周博孺;李国祥;王桂华【作者单位】山东大学能源与动力工程学院,山东济南250061;苏州弗尔赛能源科技股份有限公司,江苏昆山215300;苏州弗尔赛能源科技股份有限公司,江苏昆山215300;山东大学能源与动力工程学院,山东济南250061;山东大学能源与动力工程学院,山东济南250061;山东大学能源与动力工程学院,山东济南250061【正文语种】中文【中图分类】TM911.40 引言质子交换膜燃料电池(proton exchange membrance fuel cell,PEMFC)具有能量密度高，启动速度快等优点[1]，其发电效率最高可达60%左右[2]，排放物仅为水,对环境无污染，被认为是最具潜力的未来车用动力源之一[3]。
在实际应用中，燃料电池都是以燃料电池系统的形式来运行[4]。
PEMFC系统由电堆和辅助系统组成[5]。
其中，燃料电池辅助系统又包括供气系统、增压系统、加湿系统、水热管理系统等[6]。
冷却水循环系统作为燃料电池水热管理系统的重要组成部分[7]，能够带走电堆产生的废热以保证电池在最佳温度范围内工作。
同时，对于具有多个电堆的燃料电池系统而言，冷却水管路既要保证各电堆流量分配的一致性，又要求管路压降不能太大，以免产生过多的辅助系统寄生功耗。
KW储能系统初步设计方案及配置
KW储能系统初步设计方案及配置1.引言储能技术在能源领域具有重要地位，通过对能量的储存，可以在电力需求高峰期提供额外的能源，平衡电力供需不平衡问题，提高电网的稳定性和可靠性。
本文将介绍一种KW级的储能系统初步设计方案及配置。
2.储能系统的构成KW级储能系统主要由电池组、逆变器、控制系统和能量管理系统等组成。
2.1电池组电池组是储能系统的核心部分，可采用锂离子电池、钠硫电池或氢燃料电池等不同类型的电池。
考虑到成本、性能和环境适应性等因素，本设计方案选择锂离子电池作为电池组。
2.2逆变器逆变器用于将电池组中的直流电转换为交流电，并将其输出到电力系统。
逆变器的选择应考虑到其输出功率、效率、稳定性等指标。
并且应该具备双向能量传输功能，可以将电网的电力存储到电池组中。
2.3控制系统控制系统负责对整个储能系统进行监控和控制。
通过对电池组的充放电控制和逆变器的运行控制，实现对储能系统的优化管理。
控制系统应具备实时监控功能，根据能量需求进行 intelligent 调度，最大化利用电池组出现波动的状况。
2.4能量管理系统能量管理系统是对储能系统进行整体优化和调度管理的核心。
通过对电池组的 SOC（state of charge）进行实时监测，并结合电网电力需求，制定合理的充放电策略，提高储能系统的经济效益。
3.储能系统的配置KW级储能系统的配置应基于对具体应用场景的分析和评估，主要考虑以下几个方面。
3.1电池组容量电池组的容量决定了储能系统的储能能力和提供给电网的功率。
容量的选择应根据电网负荷的需求以及储能系统的经济性进行评估。
一般来说，容量越大，储能系统的储能能力和灵活性越高，但成本也越高。
3.2逆变器容量逆变器的容量决定了储能系统对电力系统的输出功率。
容量的选择应基于电力系统的需求以及储能系统的性能。
如果需要将电储能转化为电力系统，并且需要满足一定的输出功率，逆变器容量应适当增加。
3.3控制系统和能量管理系统的功能控制系统和能量管理系统应具备实时监测、数据分析和控制调度等功能，以保证储能系统的稳定运行和高效经济。
氢燃料电池的设计和性能研究
氢燃料电池的设计和性能研究随着人们对环保和节能的认识逐渐提高，氢燃料电池作为一种新兴的清洁能源，受到越来越多的关注。
本文将就氢燃料电池的设计和性能研究展开探讨。
一、氢燃料电池的基本原理氢燃料电池是一种将氢气和氧气化学能转换为电能的装置。
它由阴极、阳极和电解质三部分组成。
在电解质中，氢气经过电极催化剂的作用，被分解成质子和电子，而氧气也被还原成水。
电子则在外部电路中产生电流，供应电力设备使用。
氢气与氧气结合成水的反应被称为氧化还原反应，同时这是一种放热反应，因此氢燃料电池在工作过程中会产生一定的热量。
二、氢燃料电池的设计1.阴极设计阴极是氢燃料电池的重要组成部分，负责充当氢气的还原剂。
阴极材料的选择将直接影响氢燃料电池的效率和稳定性。
目前较为常见的阴极材料有铂、钯等贵金属，以及非贵金属材料如铁、镍等。
由于贵金属材料价格昂贵，因此近年来研究人员开始重点关注非贵金属的阴极材料研究，以降低氢燃料电池的制造成本。
2.阳极设计阳极则是氢燃料电池的另一部分，主要负责催化氧气的还原。
目前，常用的阳极材料有铂、铜等，但也有一些研究者开始研究非贵金属阳极材料的应用。
此外，阳极的设计还需要考虑材料的稳定性和防止材料受到腐蚀的问题。
3.电解质设计电解质是氢燃料电池中保证质子传输的关键部分。
电解质通道需要能够承受高温和高压，同时满足质子的传导需求。
常用的电解质材料有聚合物电解质膜、磷酸盐电解质等。
三、氢燃料电池的性能研究氢燃料电池的性能主要包括功率密度、效率和寿命等方面。
其中，功率密度是衡量氢燃料电池性能指标之一。
功率密度越高，表示氢燃料电池输出的电能越大。
同时，氢燃料电池的效率也是一个重要的性能指标。
效率越高，表示氢燃料电池能够将化学能转换为电能的效率越高。
最后，氢燃料电池的寿命也是一个重要的性能指标。
氢燃料电池的寿命决定了氢燃料电池的生产成本和使用效率。
在氢燃料电池性能研究上，有一些重要的方法和技术。
例如，使用X射线和透射电镜研究金属催化剂的微观结构；使用拉曼光谱和红外吸收光谱研究电极表面的化学反应；利用交流阻抗谱技术研究氢燃料电池的电化学响应。
25_高温质子交换膜燃料电池研究
高温质子交换膜燃料电池研究第一部分高温质子交换膜燃料电池概述 (2)第二部分燃料电池工作原理分析 (5)第三部分高温质子交换膜材料研究进展 (6)第四部分电极材料及其性能优化探讨 (8)第五部分反应动力学与扩散过程解析 (10)第六部分燃料电池系统设计与集成技术 (13)第七部分高温质子交换膜燃料电池的挑战与机遇 (14)第八部分应用场景及商业化前景评估 (16)第九部分国内外研究现状与发展趋势 (19)第十部分结论与未来研究方向 (22)第一部分高温质子交换膜燃料电池概述高温质子交换膜燃料电池（High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell，HT-PEMFC）是一种具有高效、清洁、灵活等优点的新型能源技术。
其工作原理是在一定的温度条件下，通过电解水制得的氢气和氧气在电池内部进行氧化还原反应，产生电能、热能以及水蒸气。
高温质子交换膜燃料电池的研究始于20 世纪70 年代末期，经过几十年的发展，已经取得了显著的进步。
由于其较高的工作温度和优异的稳定性，使得该类型的燃料电池在航空、航天、电动汽车、船舶等领域有广泛的应用前景。
一、高温质子交换膜的特点高温质子交换膜是HT-PEMFC 的核心组件之一，它的性能直接影响着整个电池的工作效率和稳定性。
与传统的低温质子交换膜相比，高温质子交换膜具有以下几个特点：1.工作温度高：高温质子交换膜可以在80℃以上的环境下工作，甚至可以达到200℃以上，远高于传统质子交换膜的50~60℃。
高温运行有利于提高电池的功率密度和燃料利用率，同时也可以实现自热管理，降低系统的复杂性和成本。
2.稳定性好：高温质子交换膜在高温下具有良好的化学稳定性和机械稳定性，能够抵抗酸碱、氧化剂等多种腐蚀介质的侵蚀，从而保证电池长期稳定运行。
3.亲水性强：高温质子交换膜的亲水性强，能够在高温下保持高的质子导电率和水分传输能力，有助于提高电池的电化学性能。
《PEMFC冷却系统设计与控制研究》
《PEMFC冷却系统设计与控制研究》篇一一、引言随着全球对可再生能源的关注度不断提高，质子交换膜燃料电池（PEMFC）的应用已经成为了新能源领域的焦点之一。
作为能源转换效率高、启动快、对环境污染小的一种燃料电池，其发展具有重要价值和潜力。
然而，面对快速且高效运行的PEMFC，其冷却系统的设计与控制成为了影响其性能的关键因素之一。
本文将就PEMFC冷却系统的设计与控制进行深入研究，探讨其优化策略和实施方法。
二、PEMFC冷却系统设计1. 系统结构PEMFC冷却系统主要由散热器、水泵、温度传感器、冷却液等部分组成。
其中，散热器负责将PEMFC产生的热量传导至冷却液中，水泵则负责驱动冷却液在系统中循环，温度传感器则用于实时监测系统的温度。
此外，为了更有效地对系统进行散热，通常会设置外部冷却系统与内部循环系统共同协作。
2. 散热策略针对PEMFC的散热需求，设计时应考虑采用高效的散热策略。
例如，可以通过增加散热器面积、优化散热片结构、调整水泵流量等方式提高系统的散热能力。
此外，也可以考虑利用复合材料或者高导热系数的冷却液等新型材料来提高散热效率。
三、PEMFC冷却系统控制策略1. 温度控制为了确保PEMFC的正常运行，需要对系统的温度进行严格控制。
可以通过控制冷却液的流量、调节外部冷源的温度等方式实现。
此外，还应考虑设计一套实时监控和报警系统，以便在系统温度过高或过低时及时采取措施。
2. 智能化控制随着控制技术的发展，越来越多的研究者开始将智能化控制技术应用于PEMFC的冷却系统中。
例如，利用神经网络或模糊控制算法对系统进行自适应控制，使系统能够在不同的工作条件下自动调整控制参数，以达到最佳的散热效果。
此外，还可以通过物联网技术实现远程监控和控制，提高系统的可靠性和可维护性。
四、实验与结果分析为了验证设计的有效性和实用性，我们进行了多组实验。
实验结果表明，优化后的PEMFC冷却系统在保持高效率的同时，具有更好的温度稳定性和更长的使用寿命。
5MW-MWh生态能源储能系统方案(精选)
5MW-MWh生态能源储能系统方案(精选)简介该文档旨在概述一个精选的5MW-MWh生态能源储能系统方案。
该方案通过集成可再生能源发电技术和储能技术，为可持续能源供应链提供解决方案。
技术概述该生态能源储能系统方案包括以下核心技术组件：1. 太阳能光伏发电：通过安装光伏电池板在合适的区域收集太阳能，将太阳能转化为电能。
2. 风能发电：利用风能通过风力发电机转化为电能，可以在适宜的地理条件下安装风力发电机。
3. 储能技术：采用高效的储能技术，如锂离子电池、液流电池等，将电能存储下来，以便在需要时进行供应或调节电网电压频率。
4. 储能管理系统：通过储能管理系统对电能进行智能管理和优化，实现对能源调度、能量存储和供应的精准控制。
方案优势该生态能源储能系统方案具有以下优点：1. 可再生能源利用：通过集成太阳能和风能发电技术，实现对可再生能源的有效利用，减少对传统能源的依赖。
2. 长期持续供能：通过储能技术，能够在太阳能和风能不足或不稳定的情况下提供持续稳定的能源供应。
3. 网络稳定性和调节性：储能技术可用于调节电网电压和频率，提高电网的稳定性和调节性。
4. 环境友好：减少温室气体排放和对环境的负面影响，促进可持续发展。
5. 经济效益：通过降低能源成本和提高能源利用效率，实现经济效益和可持续发展的双赢。
部署和可行性研究在实施该方案之前，建议进行部署和可行性研究，以评估方案的技术可行性、经济可行性和环境可行性。
该研究可包括以下内容：1. 土地和资源评估：评估合适的土地和资源条件，确定合适的安装位置和规模。
2. 技术评估：评估太阳能和风能发电技术的技术成熟度、效率和可靠性。
3. 储能技术评估：评估不同储能技术的性能、寿命和可靠性，选择最适合的储能技术。
4. 经济评估：评估方案的建设成本、运营成本和收益预测，以确定方案的经济可行性。
5. 环境评估：评估方案的环境影响，包括减少温室气体排放和资源保护等方面。
6. 风险评估：评估方案的风险和应对措施，包括天气风险、技术风险和市场风险等。
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5KW水冷燃料电池系统研究教学科研平台
SKW
7)(冷燃料电池系统动力电机台架应用示意图:
「
|
娼料电池系统
电饥告架
燃料电池系统
5KW水冷燃料电池系统是高功率密度水冷质子交换膜燃料电池系
统，与传统储能系统不同，燃料电池本身是能量转换装置，它将存储
在高压氢瓶中的氢气的能量通过电化学反应转换成电能，通过DCjDC
转换成高压直流电对外输出。作为典型的、全系统架构的、完整水冷
燃料电池系统可配合小功率电机台架进行车用燃料电池动力系统研究
与教学。
系统组成图
电堆
PowerECU控制器
空压机
电堆
电堆
电堆
设计满足IS026262功能安全设计规范，可作为燃料电池控制器、整车
控制器、ADAS，智能网关等控制器应用于研发、测试等阶段。
PowerECU包含一款高性能的控制器硬件及完备的开发工具包l采用自
动化代码生成技术一键完成硬件驱动和模型算法的集成l帮助用户从
繁琐的硬件、驱动开发和软件集成工作中解脱出来!无需关注底层实
现细节，从而专注于应用策略及控制算法开发，并快速验证真算法的
高效性和正确性。
PowerECU的使用流程
PowerECU控制器
基于模型的
开发使用方法
E圆
iIlif!
!i
l!
E圈
E噩
E理
EE·
Ea·
1)基于Simulink的驱动
提供基于Simulink模型的驱动程序。MCU级和控制器级的两种封
装，将常用驱动以Simulink库的形式提供1并开放相关接口供用户配
置、调用。
支持CCP标定、Bootloader、可选配UDS协议钱。
安装完成后Simulink模型库中可以找到PowerECU的1/0模
块，用户开发控制应用过程中l可以映射控制器的1/0资源。
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2)标定软件
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基于国际通用的CCP协议，用户在使用PowerECU开发工具包进行代
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台架系统可支持科研内容
(1)燃料电池教学试验
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d主界面
实时监控燃料电池的系统状态.空气路、氢气路、冷却路的压力、温
度、湿度、输出电流，电压等参数，
提供所有电气接口资源，支持用户自定义控制软件:
燃料电池工作原理及控制算法教学，支持用户对控制算法的参数进行
在线调节，
燃料电池的工作特性理论实践，温度、压力等参数对于极化曲线的影
日向:
支持，压力随动控制，空气流量与压力的解棋控制、冷启动研究、功
率的快速加减载等典型燃料电池控制研究;
(2)电机教学试验
实时测量被视~电机的转速、扭矩、功率、电压、电流、频率等参数:
电机的重要运行参数，直观的显示在触摸屏上，被测电机的扭矩、转
速、电压、电流、频率等，可在触摸屏上调节加载:
电机试验教学功能:电机的温升试验、电机转矩转速特性、过载能力
试验、堵转试验、馈电试验、工况循环实验等。
三相电机控制教学:永磁同步电机起步控制教学、空间矢量控制算法
教学、PID控制教学、电机转速环、电流环、位置还控制教学。电机
三相电流采集、三相PWM电压采集、电机转速、扭矩信号采集等。