理化動態(tài)：基于質子交換膜燃料電池測試系統(tǒng)的氣體控制研究
質子交換膜（PEM）燃料電池是一種以“可傳導離子聚合膜”為電解質的新型燃料電池，使電池運行處于高效穩(wěn)態(tài)，且擁有簡潔的水熱管理和節(jié)能特點，能夠適應較寬的溫差范圍，廣泛應用于電動汽車、便攜式電源、航空航天等領域。氣體流量精密控制是質子交換膜（PEM）燃料電池技術研究的重點。通過980Pro燃料電池測試系統(tǒng)展開氣體控制研究，探索科學合理的控制策略，進而提升燃料電池單體的電化學性能，具有較高的科研價值。
（1）基于數(shù)學建模的仿真研究
通過燃料電池測試系統(tǒng)配套軟件編程，從電化學域、流體力學域以及熱力學動態(tài)域對PEM燃料電池進行了精確建模，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、氣壓條件下的運行狀態(tài)。通過關聯(lián)性測輸入/輸出關系，仿真模型與實驗數(shù)據(jù)的對比，探索技術創(chuàng)新方案。
（用戶應用980Pro進行數(shù)學建模）
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，重點數(shù)據(jù)單獨顯示，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)的運行過程是“氣—水—熱—電—力”復雜多物理場共同作用，氣體組分的研究首當其沖。燃料電池系統(tǒng)啟動過程中，向氫氣管路供給高純度氫氣，然后對電堆進行電子負載，避免出現(xiàn)局部欠氣或嚴重的氫氧界面事故。電堆氣體分配影響各單電池燃料氣體供給的充分度，而單電池的擴散層質量傳遞好壞決定反應能夠很好的發(fā)生[1]。通過PEM燃料電池測試系統(tǒng)研究“氣體配比”策略，對于探索燃料電池安全效益、節(jié)能效益、預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)可應用于混合氣體動態(tài)配比（0-100%），預置98種可選氣體，采用NIST可溯源校準證書的氣體流量計。不同的氣體介質下進行切換，以全面評估燃料電池的性能和工作狀態(tài)。這些優(yōu)勢將有助于促進燃料電池技術的發(fā)展和應用。
（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、氧氣供應及氮氣供應”三大氣體供應模塊。基于氣體控制的安全系統(tǒng)也是研究的重點。氮氣吹掃是一個重要的過程。氮氣具有較強的惰性優(yōu)勢，不會與底層物質發(fā)生反應，吹掃過程確保陰極、陽極不會有液態(tài)水存在。
980Pro燃料電池測試系統(tǒng)具備“氮氣吹掃”功能，內(nèi)置硬件船游氫氣傳感器，可在軟件上設置報警值（最大可設40000 ppm），預設PID自動調(diào)節(jié)功能，可穩(wěn)定控制氣體壓力、溫度。
參考文獻
1、《PEM燃料電池氣體分配、質量傳遞與電化學模型及應用》 武漢理工大學 艾勇誠