质子交换膜燃料电池控制器的设计

4 燃料电池控制器实验结果

实验装置由质子交换膜燃料电池、铅酸蓄电池和数据采集系统组成。燃料电池和蓄电池为负载供电，数据采集系统用来记录必要的信息。所有物理参数，如质子交换膜燃料电池堆和蓄电池的电流与电压、反应物的气体流量、流场的压降、空气和氢气相对湿度和温度通过数据采集系统被记录。

随负载的增加，质子交换膜燃料电池堆温度将上升。由于温度控制器的调整，电池堆的温度将保持在50℃~60℃，如图5和6所示。一般来说，更高的操作温度是令人满意的，因为其减少质量运输限制和增加电化学反应率，但同时，由于水蒸气的增加，更高的温度可能导致增加质量运输损失。因此，实验中电池堆的温度被控制在50℃~60℃，以保持水分平衡，减少了内部阻力或欧姆损失的影响。

实验结果表明，当外部的负载突然改变时，氢气不能被快速提供给质子交换膜燃料电池堆。当UPS负载突然变化，例如，从60 W到210 W，质子交换膜燃料电池堆的输出电压迅速下降并使UPS关闭，因此，这个结果会使氢气和空气匮乏并可能毁掉质子交换膜燃料电池堆。为了能够为外部负载供应足够的功率并且保护质子交换膜燃料电池堆，混合UPS系统采用铅酸蓄电池，以防止质子交换膜燃料电池的过度使用和为外部负载提供稳定的电源。如图7所示，在正常情况下质子交换膜燃料电池堆可长时间供应UPS电源，当UPS负载急剧变化或氢气被净化，燃料电池控制器可以在质子交换膜燃料电池和蓄电池之间切换。

实验的结果已经证明了所设计的控制器监控方案与传统的质子交换膜燃料电池系统相比可以更好地工作。智能综合控制的主要优势是它可以解决燃料与空气的匮乏、膜严重侵水或干燥等问题对于一个质子交换膜燃料电池性能影响。它完成了对不同负载功率的适应性控制，提高了稳定性、功率效率和可靠性。

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