侯永平,陈 锴*,兰 昊

( 1. 同济大学汽车学院,上海 201804; 2. 中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300 )

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量转化效率、零排放及高能量密度等优点,是极具潜力的车用动力装置。电池堆的耐久性是限制车用燃料电池广泛商业化的主要原因之一[1-3]。 PEMFC 堆由多片单体电池串联而成,单体电池电压的不一致会直接影响整个电池堆的性能。 在车用动态工况下,随着电池堆使用时间的延长,单体电池电压的不一致性将逐步严重,甚至出现反极现象。 电池堆的运行寿命取决于性能最差的单体电池,存在“木桶效应”。 开展燃料电池堆电压一致性的研究,对于改善性能和延长寿命是非常必要的。

刘亚楠等[4]研究某固定电站用燃料电池系统在恒负载下的性能衰减,发现燃料电池堆运行150 h 后的电压一致性下降。 Y.K.Li 等[5]研究燃料电池堆在动态变载过程中电压一致性的变化,发现电压一致性随着电流阶跃幅值、频率的增大而变差。 陈维荣等[6]研究14.4 kW 燃料电池堆在稳态和暂态下的电压一致性,提出一种电压一致性的评价方法。P.C.Liu 等[7]研究3 kW 燃料电池堆从开路到额定电流状态过程中,在不同动态加载策略下的电压一致性,发现电压一致性在采用平方递增加载时比在恒速率加载和递减速率加载时好。 P.Moçotéguy 等[8]对高温PEMFC 进行650 h 的寿命测试,发现单体电池电压一致性明显恶化,主要是由于各单体电池所处的环境不同,导致性能衰减程度不同。

目前,相关研究主要集中于燃料电池堆在恒负载或简单动态工况下,电压一致性的实验测试,缺乏燃料电池堆在车用动态工况下衰减时,电压一致性变化规律的研究。……