理化動(dòng)態(tài)：基于質(zhì)子交換膜燃料電池測試系統(tǒng)的氣體控制研究
質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池是一種以“可傳導(dǎo)離子聚合膜”為電解質(zhì)的新型燃料電池，使電池運(yùn)行處于高效穩(wěn)態(tài)，且擁有簡潔的水熱管理和節(jié)能特點(diǎn)，能夠適應(yīng)較寬的溫差范圍，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、便攜式電源、航空航天等領(lǐng)域。氣體流量精密控制是質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池技術(shù)研究的重點(diǎn)。通過980Pro燃料電池測試系統(tǒng)展開氣體控制研究，探索科學(xué)合理的控制策略，進(jìn)而提升燃料電池單體的電化學(xué)性能，具有較高的科研價(jià)值。
（1）基于數(shù)學(xué)建模的仿真研究
通過燃料電池測試系統(tǒng)配套軟件編程，從電化學(xué)域、流體力學(xué)域以及熱力學(xué)動(dòng)態(tài)域?qū)EM燃料電池進(jìn)行了精確建模，可建立多參數(shù)耦合模型、電流陰/陽極流量模型、加濕/熱管理模型，研究膜電極內(nèi)各化學(xué)組分和電流密度分布情況，比較不同流量、濕度、溫度、氣壓條件下的運(yùn)行狀態(tài)。通過關(guān)聯(lián)性測輸入/輸出關(guān)系，仿真模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，探索技術(shù)創(chuàng)新方案。
（用戶應(yīng)用980Pro進(jìn)行數(shù)學(xué)建模）
980Pro燃料電池測試系統(tǒng)具備每秒5point快速數(shù)據(jù)提取速度，勾選式測試條件編輯畫面，便于快速編程建模，重點(diǎn)數(shù)據(jù)單獨(dú)顯示，具備安全邏輯，確保電池測試穩(wěn)定性。
（2）基于氣體分配的策略探索
燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行過程是“氣—水—熱—電—力”復(fù)雜多物理場共同作用，氣體組分的研究首當(dāng)其沖。燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，向氫氣管路供給高純度氫氣，然后對(duì)電堆進(jìn)行電子負(fù)載，避免出現(xiàn)局部欠氣或嚴(yán)重的氫氧界面事故。電堆氣體分配影響各單電池燃料氣體供給的充分度，而單電池的擴(kuò)散層質(zhì)量傳遞好壞決定反應(yīng)能夠很好的發(fā)生[1]。通過PEM燃料電池測試系統(tǒng)研究“氣體配比”策略，對(duì)于探索燃料電池安全效益、節(jié)能效益、預(yù)期壽命具有重要意義。
（980Pro氣體配比模塊）
980Pro燃料電池測試系統(tǒng)可應(yīng)用于混合氣體動(dòng)態(tài)配比（0-100%），預(yù)置98種可選氣體，采用NIST可溯源校準(zhǔn)證書的氣體流量計(jì)。不同的氣體介質(zhì)下進(jìn)行切換，以全面評(píng)估燃料電池的性能和工作狀態(tài)。這些優(yōu)勢將有助于促進(jìn)燃料電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
（3）基于氣體控制的安全系統(tǒng)
燃料電池系統(tǒng)包括“氫氣供應(yīng)、氧氣供應(yīng)及氮?dú)夤?yīng)”三大氣體供應(yīng)模塊。基于氣體控制的安全系統(tǒng)也是研究的重點(diǎn)。氮?dú)獯祾呤且粋€(gè)重要的過程。氮?dú)饩哂休^強(qiáng)的惰性優(yōu)勢，不會(huì)與底層物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，吹掃過程確保陰極、陽極不會(huì)有液態(tài)水存在。
980Pro燃料電池測試系統(tǒng)具備“氮?dú)獯祾摺惫δ?，?nèi)置硬件船游氫氣傳感器，可在軟件上設(shè)置報(bào)警值（最大可設(shè)40000 ppm），預(yù)設(shè)PID自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，可穩(wěn)定控制氣體壓力、溫度。
參考文獻(xiàn)
1、《PEM燃料電池氣體分配、質(zhì)量傳遞與電化學(xué)模型及應(yīng)用》 武漢理工大學(xué) 艾勇誠