车载闭合式风冷燃料电池系统设计与集成
能源与动力工程资助企业:
上海文景能源科技有限公司
企业导师: 郑志峰

指导教师: 沈水云

项目成员: 周昊、朱智远

项目概述
针对以电动自行车为代表的移动应用场景,设计,搭建并测试以燃料电池为核心,以锂离子电池为辅助的混动系统,配合双缓冲架构与基于开关的混动策略,解决负载侧高频震荡抑制问题。设计方面,自顶向下针对实际需求配置混动拓扑与子系统配置参数;子系统搭建方面,通过第三方机构进行电堆活化、极化、敏感性测试,验证电堆稳态、动态工作特性;总系统验证方面,将实物实验仿真实验相结合,验证多种系统工况下的可泛化性与适应性。
项目目标
1. 收集电动自行车实际工况特征,分析与探究混动系统设计与燃料电池不利工况规避,指导燃料电池子系统、辅助电池子系统设计参数与技术路线。
2. 设计,搭建并验证,工作状态稳定的阴极闭合式燃料电池电堆。作为混动系统能量来源将化学能转化为电能向直流母线供电。
3. 设计,搭建并验证,基于开关策略混动架构与双缓冲辅助电池。作为负载与燃料电池之间的能量缓冲介质,满足负载的即时需求。
4. 根据子系统实验测试结果,搭建混动系统实物或仿真模型,验证混动架构与策略的可行性与稳定性。
项目成果
项目搭建500W燃料电池电堆系统一台,工作状态稳定可控;搭建1000W辅助电池系统一台,部署混动策略响应特性优异,能量转化效率高;收集电动自行车负载特性数据、子系统工作特性参数,完成混动系统仿真模型搭建与架构验证。
针对燃料电池核心组件双极板与膜电极,采用CFD仿真技术指导结构参数优化,显著提升温度、压力场均匀性,保障大功率拉载下的系统稳定性;针对燃料电池控制稳定工作状态点的选取,完成阴极计量比、阳极计量比、阴极进气湿度敏感性测试,指导控制参数优化。