质子交换膜燃料电池控制策略研究

质子交换膜燃料电池控制策略研究

质子交换膜燃料电池与其他种类电池的差别就是，质子交换膜燃料电池的出现以使用清洁、对环境无污染、效率高为特点，是一种很有价值的发明，就我国目前的情况来看，质子交换膜燃料电池在我国的各个领域中已经被接纳。在进行研究质子交换膜燃料电池的最终目的就是为了让质子交换膜燃料电池的效率更高而且更加的稳定。这就需要对质子交换膜燃料电池的性质进行研究，让质子交换膜燃料电池的特性可以控制。在本文中进行了质子交换膜燃料电池自身特点以及质子交换膜燃料电池的分类的介绍，也简述了质子交换膜燃料电池电池控制策略。

标签：燃料电池;质子交换膜;策略与研究

随着世界经济的共同发展，在发展中已经产生了对环境的严重的破坏，这就让全世界开始共同对环境的保护、资源的高效率的利用进行了研究。而可持续发展与绿色环保节能减排也已经成为了当下的主流话题。这就让经济的发展在向可持续发展的方向进行着，在我国虽然已经逐渐开始了可再生能源与清洁能源的使用，但这种改变对于我国对石油、煤矿、天然气等不可再生能源的使用情况并没有做出多大的改善，虽然我国的资源丰富但由于人口众多，但由于人均的资源量很少，针对于现在的不可再生能源的使用速度，到本世纪末这些不可再生能源就会逐渐地面临枯竭的现象。而燃料电池的发电技术的出现，由于其优越的自身特性，让其可以成为我国改变现状的方式之一。

一、燃料电池特点

随着科技的逐渐发展，出现了与化学电池不同工作原理的燃料电池。燃料电池的出现后产生了很大的影响，原因就是燃料电池的燃料与电能的转化效率是极其优秀的，对于能量之间的相互转换损失很小。而且还能对自身产生的热量进行二次的利用，当开始电能的转化时，对于环境的污染几乎没有，也不会产生大量的垃圾，在整个生产的过程中水是唯一的产物。在燃料电池开始运行时，对于电能的输出很好，而且燃料电池在运行的过程中只有很小的声音，本身可以长久的使用，稳定性极佳。在燃料电池运行的过程中，内部没有机械构件，只有水与其他在转化。燃料电池的构造很简单，出现问题时维修方便，而且燃料电池的组装分很多的模块，在进行安装时方便。燃料电池的主要燃料就是氢气，氢气的价格便宜，而且氢气的来源广泛，可以在短时间内收集燃料。燃料电池对于环境可以迅速的适应，而且燃料电池的功率大、对于工作性能可以快速的适应，周围的环境就算有水存在也不会有很大的影响。

二、研究现状与存在问题

对于燃料电池的燃料氢气而言，氢气的本身可以当作能源使用。燃料电池在使用的途径上有便携式的能源、小型移动电源、车载电源等，可以在教学、汽车、科研、计算机等多种的领域进行应用，还可以充当紧急电源，而且在特殊的情况

下提供高质量并且稳定的电源。燃料电池还可以作为交通工具的动力源，让交通工具在行进时产生较少的污染，在交通工具中燃料电池的工作温度低，对于交通工具有很快的启动速度。由于燃料电池自身的优越性，就让汽车的功率不低，这也让燃料电池作为交通工具的动力源头的合理性十分优越，也让燃料电池本身的价值得到提升。燃料电池还可以作为分散型电站，可以对一些用电量较小的区域进行供电，这种独特的供电方式可以让许多的电线得到省略，而且这种方式对于供电来说变得更加的灵活，可以让燃料的利用程度得到很大的提升。

对于燃料电池的发展来说，燃料电池的发展还处于起步的阶段，将燃料电池融入到商业中还需要一段时间的实验。燃料电池当下最主要的问题就是对于燃料电池的续航问题，随着科研人员的不断的努力，让燃料电池的使用时间得到了保障，但燃料电池的稳定程度还处于非理想的状态。在燃料电池的研究课题中最为关心的就是对于氢气的制取。当下我国的氢气来源有天然氢气与物理化学反应制取氢气。在水中存在着大量的氢原子，如果使用太阳能进行氢气的制取，而氢气就是水热分解的产物。但用太阳能直接对水进行分解效率慢，这也是燃料电池发展得阻碍之一。

三、电池的控制策略

随着能源危机的到来也让研究的速度得到了提升，燃料电池的输出电压功率的有效控制就是当下研究的重点。质子交换膜燃料电池由质子交换膜、电极与电催化剂等主要部件构成。质子交换膜是以全氟磺酸型固体聚合物为材料的一种电解质电催化剂，一般由扩散层和催化层组成，电极扩散层一般由碳纸或碳布制作，是电池体系的组成部分—电解质，也是电化学反应器隔膜。由于铂的价格昂贵，采用铂系催化剂，使得燃料电池的广泛应用受到限制，因此寻求以外价格较低的电催化剂是电催化剂研究的一个重要内容。某些催化剂缺乏足够的稳定性，但在聚合物电解质中可能是稳定的。在对输出电压进行控制研究时，研究者通过调节阴极、阳极流量来达到控制输出电压的目的。阴极输入为氧气，而在实际应用中，为了降低成本，一般用空气代替氧气作为阴极输入。需要设定氢气流量与氧气流量比为5-1。这样控制器输出可以同时调节阴极、阳极流量。而当输入为氢气和空气时，由于空气在反应过程中会存在不充分现象，反应过程中必须加入过量的空气以保证反应充分进行。

四、结束语

再进行研究时需要设定模型，对质子交换膜燃料电池的工作特性进行讨论。本文建立的讨论只是针对电池电压，而在实际应用中，水热平衡等方面的研究也非常重要。在本研究中，将电池内部看成是一个恒温系统，在实际工作中，水热传递等其他过程會改变系统温度，如果能建立关于水热平衡方面等传热方面的模型，对电池输出特性的研究将更加准确。

参考文献：

[1]刘剑.氢燃料电池增程式混合动力系统概念设计[J].客车技术与研究，2019

（03）

[2]徐淼.氢燃料电池汽车控制策略浅析[J].汽车文摘，2019（06）