摘要：经验模型不能反映电池内部复杂的物理化学耦合过程及其导致的响应迟滞,这给燃料电池系统精确控制策略的开发带来了一定困难。针对此问题,建立了面向控制的一维非等温两相流模型,考虑了流道内气体瞬态效应、电池内部水相变,研究了电流密度对气体浓度以及水热分布特性的影响,分析了运行条件和模型参数对电池输出电压的影响,探究了电流阶跃下该模型相比于集总参数模型在输出性能方面的优势。结果表明,该模型具有更好的适用性,可为燃料电池系统层面的模型优化及控制策略设计提供可靠依据。

摘要：通过试验和数值分析相结合的方式,探究含孔复合材料层合板拉伸损伤对其剩余压缩强度和失效模式的影响。试验方面,首先,通过开孔复合材料层合板拉伸试验引入两种程度的拉伸损伤,使用热揭层方法表征和量化其拉伸损伤程度。随后,开展含拉伸损伤的开孔复合材料层合板压缩试验,记录其载荷-位移曲线,并通过数字图像相关法(DIC)、应变片、微距相机等手段观察其变形和损伤演化特征。数值分析方面,构建基于LaRC失效准则的渐进损伤失效模型描述层内损伤演化,使用内聚力单元方法刻画复合材料层间分层损伤,基于此模型探究了开孔复合材料层合板损伤扩展规律。试验结果表明:拉伸载荷引起的孔边复合材料损伤以基体裂纹和分层损伤为主,在加载方向和纤维朝向夹角较小的层间,分层损伤程度更大。拉伸损伤会进一步加剧孔周应变集中,使孔邻域应变呈非对称,导致结构局部屈曲更早地发生,进而诱发结构整体破坏,相对于不含拉伸损伤开孔板,含拉伸损伤开孔板可使结构压缩承载能力下降25.8%。构建的数值计算模型可以准确预测拉伸载荷下孔周剪切应力引起的分层损伤和压缩阶段应变域场演化特征,也可揭示含不同程度拉伸损伤的开孔板压缩损伤扩展模式差异及探究纤维弯折失效、基体损伤和层间分层对结构承载能力的影响规律,为复合材料开孔板在变载荷作用下结构设计与剩余强度的确定提供支撑。

摘要：目的解决传统热管理系统中锂离子电池组在充放电过程中温度过高、温差过大等问题。方法以液冷方式为主要手段,在传统蛇形冷却通道的基础上设计1种单流入单流出的微通道结构和2种双流入单流出的微通道结构,并采用新型高导热材料石墨烯薄膜作为散热辅助材料。基于有限元仿真软件从电池组的最高温度、温差、温升和流体压力4个角度进行比较分析。结果优化后电池组的最高温度由36.4℃降至36℃,温差由8.7℃降至3.9℃,电池组的散热能力及温度一致性得到提高。结论双流入单流出结构优于单流入单流出结构,其中双波纹蛇形为最佳的液冷微通道结构,石墨烯薄膜的采用可进一步提高电池组的温度一致性。

摘要：为了探究进气相对湿度对质子交换膜燃料电池电堆变载工况性能的影响,设计了一个动态循环工况,包括电流密度从0.10到0.35 A/cm^(2)、从0.10到1.00 A/cm^(2)的2种阶跃工况和电流密度分别为0.10、0.35、1.00 A/cm^(2)的稳定工况,进行了相对湿度分别为20%、30%、50%、70%、80%的5组试验.结果表明:恒流状态时,电堆在不同电流密度下对相对湿度的敏感性不同,在大电流密度下相对湿度对电堆性能影响较大;变载过程中,电堆电压出现下冲和过冲现象,加载过程的电压下冲量与变载幅度和相对湿度有关,电堆单电池电压一致性变差,电压一致性与进气相对湿度有关.

摘要：以100 kW的质子交换膜氢燃料电池为研究对象,设计大小循环结构热管理系统,进行PEMFC电堆散热分析与关键部件选型,基于Amesim平台搭建热管理子系统一维模型并引入氢燃料汽车模型和驾驶员模型,降低了建模难度。基于该模型,设计模糊控制器并采用鲸鱼优化算法优化其隶属度函数,通过控制散热风扇和冷却水泵的转速来调节PEMFC电堆的温度。同时,在自定义工况和NEDC工况下,进行Amesim/Simulink联合仿真分析,仿真结果表明:在两种工况下,改进后的模糊控制器控制性能更好,温度变化更平稳,热管理系统稳定性更好,同时在工况剧烈变化时,PEMFC电堆温度也会出现小幅度震荡。

摘要：为对双堆燃料电池热管理系统进行有效控制,基于试验数据建立了电堆模型,并耦合水泵、换热器等关键零部件模型形成完整的热管理系统模型。为保证阶跃工况下电堆温度的稳定,设计了基于比例积分与线性自抗扰算法的联合控制策略,并进行仿真验证。提出了基于前馈解耦及串级LADRC的改进控制策略,通过仿真对比改进前后的控制效果。结果表明,改进后的控制策略能有效减小超调量,反映温控精度的时间乘绝对误差积分量最高可降低66.39%。

摘要：层级多孔碳作为氧还原铂基催化剂载体的选择之一,简单的旋转圆盘电极(RDE)验证此类催化剂具有较高的氧还原活性,但几乎都缺少膜电极(MEA)性能验证,实用性无法保证.本文设计制备了基于聚苯胺的层级多孔碳(NHPC)载铂催化剂(Pt/NHPC850),研究了其氧还原活性、MEA质子传输和氧传输特性.RDE测试研究表明,Pt/NHPC850催化剂在低I/C(离聚物与碳载体质量比)时的面积活性低于实心碳载铂催化剂(Pt/XC72),但当I/C增大到与膜电极中一致时,由于Nafion树脂对Pt催化剂的毒化作用增强,其面积活性反而优于Pt/***/NHPC850催化剂的高Pt分散性及其优异的抗Nafion毒化性能,使其在I/C为0.8时的质量活性为Pt/XC-72催化剂的1.34倍.MEA质子传输研究表明,即使在高加湿条件下,Pt/NHPC850质子电阻率仍高达72.6 mΩ·cm^(2),为Pt/XC-72的3倍.Pt/NHPC850制备的膜电极极化曲线在500 mA/cm^(2)电流密度下性能迅速下降,Pt/NHPC850的氧增益电压达到144.4 mV,比Pt/XC-72高56.7 mV.表明Pt/NHPC850膜电极的质子传输和氧传输性能较差.对比Pt/NHPC850催化剂的RDE和MEA的测试结果,说明以层级多孔碳为载体的铂碳催化剂虽然耐Nafion毒化能力提高,但是质子和氧气的氧传输性较差,此类层级多孔碳还需进一步优化其结构,才有可能满足低铂质子交换膜燃料电池(PEMFC)的应用需求.

摘要：为满足100 kW大功率氢燃料电池发动机工作时气体供应需求,开发进气系统控制策略。首先对燃料电池电堆及进气系统进行建模,依托被控对象模型设计开发了“MAP前馈+PID反馈”的阴、阳极进气控制策略,采用单片电压状态与系统效率加权求和的方式标定阳极吹扫时间,并通过台架测试验证了该策略部署到实际控制器中的控制效果。结果显示,在稳态和瞬态工况中均实现了对压力和流量的快速响应,使得电流拉载速率提高到120和-170 A/s,阳极压力稳态和瞬态控制精度分别为98.93%和95.10%,全功率单片电压平均值为15 mV,一致性较好。基于测试数据标定搭建了阴极进气系统状态方程,开发了集成非线性扰动观测器和基于Lyapunov直接法的非线性控制器的进气方案,经MIL仿真测试显示了对空气进气控制目标的准确控制,为进一步提高控制系统响应精度提供了理论基础。

摘要：以某款燃料电池汽车为研究对象,综合考虑车辆的整车布置环境和热管理要求,设计了一套完整的氢燃料电池汽车热管理系统;对关键零部件进行选型与性能匹配设计,运用AMESim软件搭建热管理系统一维仿真模型并进行可信度验证。通过冷却液输入流量、零部件进出水温度及温差等指标对不同工况下的氢燃料电池汽车热管理系统进行仿真分析,结果表明:除电堆和中冷器出水温度在峰值工况下达到极限值不宜长时间工作外,该系统其余工况均运行良好,满足设计要求,可为今后研发燃料电池汽车整车热管理系统提供一定设计思路。

摘要：热电转换器件作为能实现电能与热能直接相互转换的功能器件,在工业废热回收利用、深空深海电源、半导体制冷、双向精确控温等领域具有重要应用。综述了6类热电转换器件的拓扑结构设计、连接界面控制、集成制造和热电转换性能提升策略等方面的研究进展,内容包含基于块体热电材料的低温、中温和高温单级热电转换器件以及低-中温级联热电转换器件,基于热电磁能源转换材料的热电磁全固态制冷器件,以及基于人造倾斜结构复合材料的横向热电转换器件。同时,简要评述了热电转换器件研究目前面临的诸多挑战,如热电发电应用存在异质界面失稳、热电制冷应用存在材料加工和器件集成困难等。