阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究.pdf

电源学报第 21 卷氢燃料电池是一种能将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的转换装置袁具有绿色尧高效的优点袁正在成为新型动力的主要发展方向之一1遥在车载运行条件下袁由于负载变化快尧启停频繁等动态运行产生的高电位会对膜电极的耐久性造成严重的影响袁氢燃料电池的寿命将大大缩短袁因此对氢燃料电池进行限电压控制具有重要的意义遥针对氢燃料电池运行过程中输出电压不稳定现象,文献1鄄2设计了一种自适应模糊 PID 控制器袁通过调节氢气流速控制氢燃料电池的输出电压可以使电池的输出电压快速平滑地过渡到设定值曰文献3研究了在开路和怠速工况测试条件下膜电极内部主要材料的腐蚀机理曰文献4研究了质子交换收稿日期院2022鄄01鄄01曰录用日期院2022鄄03鄄25基金项目院教育部科技发展中心产学研创新基金野北创助教冶课题项目:新能源汽车实训台智能网联技术应用研究渊2018A05024冤Project Supported by Industry鄄University鄄Research InnovationFund of the Science and Technology Development Center of theMinistry of Education野Beichuang Teaching Assistant冶 Project:Research on the Application of Intelligent Network Technology inNew Energy Vehicle Training Platform渊2018A05024冤阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究王贵荣渊吉林交通职业技术学院汽车工程学院袁长春 130012冤摘要院通过阳极和阴极两侧的废气再循环可以实现低电流密度下的电压钳位以及无需外部加湿器的自加湿遥 基于氮气渗漏和水扩散动态系统仿真模型袁提出了一种控制阴阳两极气体压力平衡和限电压的控制算法袁并对控制算法进行了仿真分析和有效性验证遥 试验结果表明阴极循环系统动态性能良好袁并能够把氢燃料电池在低电流密度下的单片电压控制在 0.85 V 以下遥 通过正交试验发现袁进气阀开度和循环泵的转速是实现电压快速控制最重要的影响因素曰在阴极再循环系统主动运行下袁混合气体最高湿度可达 60%遥关键词院氢燃料电池曰限电压控制算法曰正交试验曰氧气浓度曰自增湿Research on Voltage Clamping and Self鄄humidification Effects ofCathode Circulation in Hydrogen Fuel Cell SystemWANG Guirong渊School of Automotive Engineering,Jilin Communications Polytechnic,Changchun 130012,China冤粤遭泽贼则葬糟贼院 Voltage clamping at low current densities and self鄄humidification without external humidifiers can beachieved by an exhaust gas recirculation on both sides of the anode and cathode.Based on the simulation model of adynamic system of nitrogen leakage and water diffusion,a control algorithm for controlling the gas pressure balance andvoltage limit of the cathode and anode is proposed,which is further simulated and verified.Test results show that thedynamic performance of the cathode circulation system was satisfying,and the monolithic voltage of the hydrogen fuelcell at low current densities can be controlled below 0.85 V.Through an orthogonal test,it was found that the opening ofthe intake valve and the rotation speed of the circulating pump were the most important factors to achieve rapid voltagecontrol.Under the active operation of the cathode recirculation system,the maximum humidity of the mixed gas canreach 60%.Keywords:hydrogen fuel cell;voltage limit control algorithm;orthogonal test;oxygen concentration;self鄄humidifi鄄cationDOI院10.13234/j.issn.2095鄄圆愿园缘援圆园23援4.130中图分类号院TM912文献标志码院A电源学报Journal of Power SupplyVol.21 No.4Jul.2023第 21 卷 第 4 期2023 年 7 月第 4 期图 1阴极循环系统原理Fig.1 Schematic of cathode circulation system膜在不同物理条件下的机械性能袁包括在膜电极材料的制备及燃料电池正常使用过程中的物理性能退化对耐久性的影响曰文献5测试表明,在不同操作条件下,在催化剂中加入 RuO2可以有效缓解电压下降和反极现象曰文献6对阳极催化剂载体进行了探索,通过电化学测试表明袁Pt/SnO2在高电位电化学氧化和电位循环下的电化学稳定性明显高于Pt/C曰文献7研究发现在高电位区袁Pt/Ta鄄SnO2比商用 Pt/C 更稳定袁 可以作为燃料电池理想的高耐久性阴极催化剂袁高电位除了引起碳载体的腐蚀还会造成铂的催化8遥为了提高膜的质子传导性袁通常采用外置加湿器对空气进行加湿袁但外置加湿器增加了系统的体积和成本遥另一个重要问题是外加湿器内部残留的液态水在 0 益以下的环境中会结冰袁其热容量比较大袁影响燃料电池的冷启动速度遥因此袁去除外置加湿器成为重要的研究方向遥William 等9对使用疏水性气体扩散层的燃料电池进行了实验袁 结果表明袁与全加湿相比袁电堆性能降低了 17%遥 基于阴极再循环的自加湿系统在性能和成本方面具有综合优势曰Kim 等10在 5 个燃料电池低压系统中测试了废气再循环阴极加湿系统袁发现增加再循环比会增加进气湿度并降低氧气浓度曰Shao Yangbin 等11模拟发现使用循环泵的阴极再循环系统的加湿效果较好袁尤其是在相对湿度较低的情况下曰Zhao Xingwang12通过实验发现袁采用循环泵的双循环系统在电堆阴极入口具有较高的相对湿度曰Hu Junmin13利用燃料电池系统仿真模型研究了干膜和湿膜条件下基于空气再循环的电堆含水量控制策略遥针对以上面临的问题袁为了解决高电位造成的危害以及简化增湿系统袁本文建立了氢燃料电池系统的详细仿真模型并制定了协调控制策略遥 然而袁在实际应用中氢燃料电池系统是一个具有强非线性和子系统间高耦合的复杂系统袁有效的控制算法不仅可以提高燃料电池的工作效率袁还可以提高其使用寿命19遥 因此袁为了保证系统的安全尧高效尧稳定运行袁对增加阴极再循环后的供气系统的控制显得尤为重要遥采用正交试验方法对双废气再循环燃料电池系统的动态性能和稳定特性进行了试验研究袁研究了负载变化引起的阴极和阳极压力平衡的变化对整个系统输出特性的影响遥通过系统仿真和试验袁对系统的响应特性尧输出特性以及控制的实用性和有效性进行了分析比较袁研究结果将为氢燃料电池系统优化提供参考遥1系统建模与控制策略1.1 系统工作原理氢燃料电池系统包括空气系统尧 氢气系统尧冷却系统尧控制系统和电子负载等袁系统原理如图 1所示遥 其中袁供氢系统采用了氢气喷射器以稳定电堆内部的压力袁并且对氢气进行再循环以提高利用率和利用内部产生的水分进行自增湿曰空气系统采用循环泵将电堆出口低氧含量的空气再循环到空压机的入口处袁 与新鲜的空气混合后重新进入电堆袁在怠速或低负荷条件下袁电堆的高电位导致铂催化剂氧化尧损耗和碳腐蚀加速遥 对于浓度和传质损耗袁由于氢燃料电池阴极的交换电流密度比阳极小几个数量级袁根据 Butler鄄Volmer 方程只考虑阴极过电位袁影响燃料电池电压的可控因素中氧浓度是理想的控制变量遥1.2气体供应系统阳极入口需配备减压阀袁 在运行过程中常开袁用于连续向电堆输送一定压力的氢气遥不同预紧力下氢气流量与减压阀出口压力关系如图 2 所示遥 可以看出袁当氢流量接近于 0 时袁减压阀出口处的压氢瓶高压电磁阀低压电磁阀氢气流量计空压机压力调节阀高压空气罐空气流量计膜增湿器氢气循环泵分水器背压阀分水器背压阀空气循环泵吹扫电磁阀王贵荣院阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究131电源学报第 21 卷图 3空压机性能曲线Fig.3 Curves of air compressor performance图 2减压阀出口压力与氢气流量的关系Fig.2 Relationship between outlet pressure of pressurereducing valve and hydrogen flow力为保压袁随着氢流量的增加袁该压力逐渐减小袁并呈现一定的非线性遥假设废气经过空气循环泵后的温度保持不变袁通过图 3 所示的空压机性能曲线可以得到气体的质量流量尧循环泵转速与压力比的关系遥循环泵耗电量的计算可以从理想气体的绝热压缩过程中得到袁绝热压缩过程满足14pvk=ptvkt渊1冤式中院pt为压缩气体的压力曰vt为相应体积比气体的体积曰k 为绝热指数曰p 和 v 为压缩过程中气体的压力和体积遥循环泵的功耗可计算15为P=Wcpcttt仔渊k-1冤/kcp-1浊cp渊2冤式中院Wcp为空气的质量流量曰仔cp为绝热压缩比曰ct为气体的恒压质量热容曰tt为相应气体的预压缩温度曰浊cp为空气压缩机的效率遥空压机动力学方程16为d棕mdt=1Jtotal渊Tm-f棕m-Tcp冤渊3冤式中院棕m为电机角速度曰Jtotal为转动惯量曰Tm为电机的驱动力矩曰f 为摩擦系数曰Tcp为空压机泵扬程的阻力扭矩遥空压机的选择需要与电堆相匹配袁一般用速度流量出口压力来表示空压机的特性袁空压机性能曲线如图 3 所示遥 氮气可以从阴极渗透到阳极袁从而降低氢气的浓度袁并可能会覆盖催化剂表面袁影响电化学反应速率遥 因此袁在电堆的模拟模型中需要添加氮气的积累模型遥 氮气从阴极向阳极的扩散模型17表示为n 觶crk袁s=skNckN2渊pN2袁ca-pN2袁an冤渊4冤式中院ncrk袁s为氮气的扩散量曰sk为膜的厚度曰Nc为氮气的摩尔质量数曰kN2为氮气的气体渗透系数曰pN2袁ca为阴极的气体压力曰pN2袁an为阳极的气体压力遥燃料电池的输出电压 Vcell表示为Vcell=Enernst-Vact-Vohmic-Vcon渊5冤式中院Enernst为能斯特开路电压曰Vact为活化极化电压曰Vohmic为欧姆极化电压曰Vcon为浓差极化电压遥发热功率18表示为Pheat=Ncell渊Enernst-Vcell冤Istack=渊NcellEnernst-Vstack冤Istack渊6冤式中院Vcell为平均单片电压曰Istack为电堆的电流曰Ncell为燃料电池的片数遥1.3 氢燃料电池系统限电压控制策略氢燃料电池系统的仿真模型如图 4 所示遥 为了实现上述控制目标袁本文设计了一种基于前馈和 PI反馈的阴极和阳极压力的供气系统协调控制方法袁如图 5渊a冤所示遥控制目标为根据负荷率在阳极进口处的相对湿度和压力袁控制变量为阳极氢气的回收率和尾排阀开度遥 假设开始时间吹扫的衰变率是燃料电池的输出电压,当瞬时输出电压相比一个给定百分比的峰值电压下降时,放气阀打开清除在阳极累积氮气和水分,即取电压降的百分比作为吹扫开始时间遥 当氢燃料电池在吹扫过程中电压恢复或接近峰值时袁关闭排气阀袁燃料电池恢复正常工作状态袁吹扫过程结束遥 为了降低小电流密度下的电压袁设计了基于双循环燃料电池系统的限电压策略解耦控制算法袁控制目标选为 0.8 V袁即在小电流密度9080706050403020100500400300200100空气质量流量/渊kg 窑 h-1冤转速 6 000 r/min转速 8 000 r/min转速 10 000 r/min1501401301201101000100200300400500600氢气流量 Q/渊L 窑 min-1冤120 kPa130 kPa140 kPa150 kPa132第 4 期王贵荣院阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究图 4氢燃料电池系统仿真模型Fig.4 Simulation model of hydrogen fuel cell system下通过调节阴极新鲜空气量和循环泵转速袁将平均单片电压始终控制在 0.8 V 附近袁控制算法的框架如图 5渊b冤所示遥利用 PI 设计袁实现新鲜进气量和再循环量的解耦设计遥2仿真分析与结果讨论2.1 模型有效性验证试验结果与仿真模型验证的对比如图 6 所示遥图 6渊a冤为氢燃料电池系统的输出性能极化曲线的预测结果与实验结果的对比袁可见在大电流测试条件下误差会高于小电流下的结果袁这与仿真模型的假设条件有关袁最主要的原因是电池堆的阴极侧出口液态水容易集聚发生溢流袁而仿真模型不能准确地模拟水淹现象袁 只能忽略阴极出口溢流的影响曰最大处的误差未超过 10%袁 因此模型可信度较高遥由图 6渊b冤的氢气吹扫阀性能可以看出袁氢气压力的降低阶段是吹扫过程袁其模拟与从试验中获得的压力变化量是一致的袁并且相应的时间段也是一致的袁表明所建立的放气阀模型精度更高袁能够更好地反映出放气阀的实际工作过程遥2.2 动态性能及限电压效果氢燃料电池采用阴极再循环的结构后袁 需要验证整个系统的动态特性是否良好遥 采用电流中断法测试了氢燃料电池的动态性能袁如图 7 所示遥 从电压渊a冤供气系统协调控制策略渊b冤限电压策略控制算法框图图 5控制策略设计流程Fig.5 Flow chart of control strategy design+-+目标湿度阳极入口湿度阳极入口压力目标压力PI 控制器阳极进气管路循环泵电堆模型阳极排气管路PI 控制器+-+-PI 控制器电堆模型目标电压目标流量Vcellm觶tolalm觶air_freshm觶re循环泵阴极容腔PI 控制器t渊x冤kkkbICdkPIDf渊x冤xTYTCdf渊x冤kFMCPCP空压机氮气渗透安全阀氢气罐电磁阀左+-+-氢气再循环装置133电源学报第 21 卷图 6试验结果与仿真模型验证的对比Fig.6 Comparison between test results and simulationmodel verification图 7氢燃料电池的动态特性Fig.7 Dynamic characteristics of hydrogen fuel cell渊a冤仿真与试验结果比较渊b冤氢气吹扫阀性能比较11010510095908580757065605004003002001000电流/A仿真值试验值600400200030025020015010050t/s300250200150100500t/s100500-50和电流的动态变化可以看出袁当电流中断渊从 50 A 降到 10 A冤时袁电流会迅速降低袁输出电压会跟随其变化快速地升高渊从 480 V 升高到 550 V冤袁多次重复操作袁跟随效果仍然较好袁表明该系统的可靠性较高遥为了降低单片燃料电池在低电流密度下的电压袁用循环泵将氢燃料电池出口的低氧浓度空气重新泵入空压机入口处袁并与少量的新鲜空气一起流入电堆袁降低了电堆入口氧气的浓度袁混合气体的氧气浓度变化测试结果如图 8渊a冤所示遥 在相同的输出电流下袁通过改变循环泵的转速使再循环空气的流量增加来降低输出电压遥 氧气的浓度随着电堆阴极出口尾气再循环量的增加而明显降低袁经过一段时间的循环工作后袁 氧气浓度从 20%降至 15%袁电堆进气口处的氧气浓度也有所降低袁但是氧气的浓度仍较高袁效果不明显遥 但是随着电流的逐渐增大袁由于经过空滤器进入空压机的新鲜空气量增大袁混合气体的氧气浓度在相同尾气再循环量的情况下降低得速率变缓袁 不能起到快速降低电压的目的袁因此袁阴极再循环系统适用于低电流工况遥 此外袁为了使混合气体的氧气浓度持续降低袁需要限制进口进入的新鲜空气的流量遥 图 8渊b冤给出了燃料电池平均单片电压随循环泵转速的变化情况袁其中电压表示的是给定循环泵转速下稳态工作时的数值遥 从图中可以看出袁开启循环泵前后袁循环泵转速从 1 000 r/min 升高到 3 500 r/min 的过程中袁平均单片电压略微下降袁说明固定新鲜空气进气流量袁而电压几乎不受空气再循环开启和循环泵转速高低的影响遥 从图 8渊c冤所示进气阀开度对氧气浓度的影响看袁随氧气浓度的降低袁质子交换膜燃料电池动态响应低调袁 响应时间也随之线性增加袁因此氢燃料电池的动态响应主要由传质受限引起遥 随着循环泵的开启袁废气与新鲜空气在阴极入口前混合袁阴极入口处的氧气浓度从 20%开始快速下降袁并且进气阀的开度越小袁氧气的浓度越低袁这是因为进气阀开度越小袁新鲜空气的量越少袁所以再循环量的比例就越高袁在内部循环后浓度才会达到平衡状态遥 在开度不变的情况下袁氧气浓度持续降低且降低得速率越来越快袁而单片电压也随之降低袁随后电堆监测到单片电压太低袁自动停机遥当开度为 0.7 时氧气浓度为 17%袁 当开度为 0.6 时氧气浓度为 16%袁当开度为 0.5 时氧气浓度降为 14%袁当开度为 0.4 时氧气浓度为 11.5%袁 下降速率越来越快袁说明阴极入口氧气浓度的变化受空气再循环系统的影响较小袁而受进气手阀既新鲜空气过量系数的影响较大袁主要原因是新鲜空气过量系数的大小影响了再循环流量占阴极进气总量的比例遥 进气阀开度从 0.7 降到 0.4袁单片电压从 0.9 V 降到了 0.8 V袁1401301201101009080701 4001 2001 000800600400200t/s氢气入口氢气出口0渊a冤电压渊b冤电流134第 4 期图 10限电压控制效果Fig.10 Effect of voltage limit control渊a冤加载电流渊b冤电压变化图 9循环系统参数匹配三维图Fig.9 Three鄄dimensional diagram of parametersmatching for circulation system图 8单片电压的变化结果Fig.8 Variation results of monolithic voltage渊a冤氧气浓度渊b冤单片电压渊c冤进气阀开度对氧气浓度的影响并且随着新鲜空气过量系数的降低袁 电压降的下降速率变大遥为进一步研究燃料电池阴极循环系统的工作特性袁进行了限电压策略的正交试验遥 为了在低电流密度下实现电压限制袁控制目标选择为 0.8 V袁即通过在低电流密度下调节进口的新鲜风量和阴极循环泵的速度袁将平均单电压始终控制在 0.8 V遥 试验过程中新鲜空气和氢气流量保持恒定袁阴极背压阀开度固定为常开模式曰 试验控制变量为空气循环泵转速袁分别选取了 3 个不同转速点 1 500 r/min尧2 500 r/min 和 3 500 r/min 来测量对应稳态工况下的电堆电压尧阴极入口空气压力尧氧气浓度等信号遥根据试验结果得到了用于电压钳位控制的前馈三维图袁如图 9 所示遥 在运行中袁怠速或小负载工况下袁利用空气再循环能够降低单片电压袁 降低高电位导致的碳腐蚀速度曰停机吹扫过程中袁利用阴极循环系统能够充分消耗电堆内部的氧气和氢气袁 维持电堆内部的非氧环境袁降低电堆放置时的衰减速率遥在通过正交试验得到不同电流密度下新鲜空气过量系数和阴极再循环率的稳态三维图之后袁为了进一步验证该算法的动态特性袁利用小负载动态工况对限电压控制算法进行了动态仿真验证袁控制效果如图 10 所示遥 仿真结果表明袁单片电压始终控制在 0.8 V袁仅在加载电流时存在很小的超调袁但稳定时间很快曰限电压过程中袁由于氧气分压较低导致的氧浓度分布不均匀袁传质损失过大袁进一步导致缺气等现象的发生遥2.3 新系统的自增湿性能不同条件下混合气体的湿度变化如图 11 所示袁 随着电流密度从 0.20 A/cm2增加到 0.95 A/cm2袁8060402000.060.050.040.038006004002000t/s8006004002000t/s0.900.850.800.751.01.52.02.53.03.54.04.55.01.000.950.900.85t/渊103s冤123456782520151050阀开度 0.7阀开度 0.5阀开度 0.6阀开度 0.4t/渊103s冤1.01.525201510502.02.53.03.54.04.55.05.5t/渊103s冤氧气浓度空气循环量王贵荣院阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究135电源学报第 21 卷图 12两种加湿方式增湿效果对比Fig.12 Comparison of effect between twohumidification methods图 11不同条件下混合气体的湿度变化Fig.11 Humidity change of mixed gas underdifferent conditions由于从阴极出口返回的高湿废气的流入袁阴极入口处混合气体的湿度逐渐增加遥 值得注意的是袁在阴极再循环系统主动运行的情况下袁整个过程中混合气体的最大湿度不超过 60%遥 此外袁在加载过程中袁由于电堆阴极的排气口与压缩机前面的混合室之间有一定的距离袁 因此造成了气体流量变化的滞后袁湿度的变化也存在一定的延迟遥 但当进入稳态后袁气体的湿度很快又恢复到稳态值袁因此在变载过程中可以保证入口处相对湿度的稳定遥在电流密度为 0.65 A/cm2时混合气体的湿度增加趋势存在一定的拐点袁 超过 0.6 5A/cm2后的增加率明显变大袁这是因为电流密度越大袁阴极产生的水越多袁从而尾排气体的湿度就越大遥基于阴极再循环系统的燃料电池自增湿能力和使用增湿器能力如图 12 所示遥在低电流密度下袁采用阴极再循环和增湿器 2 种加湿模式的加湿能力均能满足工作要求袁但电流密度越大增湿器的效果较好袁相对湿度可以达到 100%袁而再循环系统的相对湿度最大值可以达到 60%遥 然而袁由于空气极会随着燃料电池的发电反应产生水袁因此下游的空气湿度高遥 随着电解质膜的厚度减小袁水分会从湿度高的地方渊气流的下游冤移动到湿度低的地方遥 空气再循环系统增加了阴极入口处的相对湿度和膜的含水量袁从而提高了电堆的输出性能遥 因此袁不仅可以缓解小电流密度下高电位引起的耐久性问题袁而且可以提高电堆的性能和稳定性遥3结论为解决高电位造成的内部结构衰减以及增湿问题袁本文设计了一套氢燃料电池系统的阴极再循环系统袁建立了全系统的仿真模型袁并提出了一种基于野前馈+反馈冶的限电压控制方法袁以实现两者之间压力平衡的协调控制袁确保了燃料电池系统对负载变化的快速响应袁对于维持燃料电池的内部压力平衡和改善输出特性提供了保障遥当燃料电池处于低载荷状态或者启停过程时袁采用阴极再循环系统能有效降低输出电压袁避免了燃料电池的高电位造成的寿命衰减遥 主要结论如下遥渊1冤比较极化曲线的仿真值和模拟值可知袁最大误差不超过 10%袁精度可控遥 采用吹扫阀后袁氢气压力变化的模拟值与从试验中获得的压力变化量一致袁动态跟随效果较好遥 当电流中断时氢气压力会迅速降低袁 输出电压也会快速地跟随其变化而升高袁多次重复操作后袁跟随效果仍然较好袁表明该系统的可靠性较高遥渊2冤进气阀开度对电压的降低具有重要的影响袁通过正交试验得到了控制系统的不同控制变量的三维分布图遥 设计了基于阴极循环系统的限电压控制算法袁 仿真结果表明单片电压始终控制在 0.8 V 左右袁仅在加载电流时存在很小的超调袁稳定性较好遥渊3冤采用阴极再循环系统的加湿度最大值可以只能达到 60%袁 一定程度上可以取代外部加湿器袁从而降低系统成本袁促进产品的商业化遥参考文献院1 阮永利,詹跃东.燃料电池汽车分层能量管理策略优化研究J.电子测量技术,2021,44渊19冤:1鄄7.80706050403020101.00.80.60.40.22 0001 6001 2008004000t/s湿度电流密度10090807060504030201.31.10.90.70.50.30.1电流密度/渊A 窑 cm-2冤使用增湿器自增湿136第 4 期Ruan Yongli,Zhan Yuedong.Research on optimization ofhierarchical energy management strategy for fuel cell vehi鄄cles J.Electronic Measurement Technology,2021,44渊19冤:1鄄7 渊in Chinese冤.2 孙超.质子交换膜燃料电池建模与输出电压控制策略研究D.长沙:中南大学,2009.Sun Chao.Research on modeling and output voltage con鄄trol strategy of proton exchange membrane fuel cell D.Changsha:Central South University,2009 渊in Chinese冤.3 张学强.车用燃料电池的快速动态响应控制策略研究D.成都:电子科技大学,2020.Zhang Xueqiang.Research on fast dynamic response con鄄trol strategy of vehicle fuel cells D.Chengdu:University ofElectronic Science and Technology of China,2020 渊in Chi鄄nese冤.4 刘志洋.面向耐久性与经济性的燃料电池系统控制D.杭州:浙江大学,2020.Liu Zhiyang.Fuel cell system control for durability andeconomy D.Hangzhou:Zhejiang University,2020 渊in Chi鄄nese冤.5 卢璐.提高质子交换膜燃料电池耐久性和动态响应的研究D.大连:大连交通大学,2014援Lu Lu.Research on improving the durability and dynamicresponse of proton exchange membrane fuel cells D.Dalian:Dalian Jiaotong University,2014 渊in Chinese冤.6 Dou Meiling,Hou Ming,Liang Dong,et al.SnO2nanoclus鄄ter supported Pt catalyst with high stability for proton ex鄄change membrane fuel cells J.ElectrochimicaActa,2013,92渊1冤:468鄄473.7Senoo Y,Koji T,Katsuyoshi K,et al.Cathodic perfor鄄mance and high potential durability of Ta鄄SnO2delta鄄sup鄄ported Pt catalysts for PEFC cathodes J.ElectrochemistryCommunications,2015,51:37鄄40.8 Sierra J M,Moreira J,Sebastian P J.Numerical analysis ofthe effect of different gas feeding modes in a proton ex鄄change membrane fuel cell with serpentine flow鄄field J.Journal of Power Sources,2011,196渊11冤:5070鄄5076.9 Williams M V,Kunz H R,Fenton J M.Operation of Nafion誖鄄based PEM fuel cells with no external humidification:influ鄄ence of operating conditions and gas diffusion layers J.Journal of Power Sources,2004,135渊1鄄2冤:122鄄134.10 Kim B J,Kim M S.Studies on the cathode humidification byexhaust gas recirculation for PEM fuel cell J.InternationalJournal of hydrogen energy,2012,37渊5冤:4290鄄4299.11 Shao Yangbin,Xu Liangfei,Zhao Xingwang,et al.Com鄄parison of self鄄humidification effect on polymer electrolytemembrane fuel cell with anodic and cathodic exhaust gasrecirculation J.International Journal of Hydrogen Energy,2020,45渊4冤:3108鄄3122.12 Zhao Xingwang,Xu Liangfei,Fang Chuan,et al.Study onvoltage clamping and self鄄humidification effects of pem fu鄄el cell system with dual recirculation based on orthogonaltest method J.International Journal of Hydrogen Energy,2018,43渊33冤:16268鄄16278.13 Hu Junmin,Li Jianqiu,Xu Liangfei,et al.Analytical cal鄄culation and evaluation of water transport through a protonexchange membrane fuel cell based on a one鄄dimensionalmodel J.Energy,2016,111渊15冤:869鄄883.14 Wang Bowen,Wu Kangcheng,Yang Zirong,et al.A quasi鄄2D transient model of proton exchange membrane fuel cellwith anode recirculation J.Energy Conversion and Manage鄄ment,2018,171渊1冤:1463鄄1475.15 Wang Bowen,DengHao,JiaoKui.Purge strategy optimiza鄄tion of proton exchange membrane fuel cell with anode re鄄circulation J.Applied Energy,2018,225渊1冤:1鄄13.16 Wang Bowen,Wu Kangcheng,Xi Fuqiang,et al.Numeri鄄cal analysis of operating conditions effects on PEMFC withanode recirculation J.Energy,2019,173渊15冤:844鄄856.17 Matsuura T,Chen Jixin,Siegel J B,et al.Degradation phe鄄nomena in PEM fuel cell with dead鄄ended anode J.Inter鄄national Journal of Hydrogen Energy,2013,38渊26冤:11346鄄11356.18 Chen Jixin,Siegel J B,Stefanopoulou A G,et al.Opti鄄mization of purge cycle for dead鄄ended anode fuel cell op鄄eration J.International Journal of Hydrogen Energy,2013,38渊12冤:5092鄄5105.作者简介院王贵荣渊1982-冤袁女袁通信作者袁硕士袁讲师遥 研究方向院交通运输遥 E鄄mail:遥王贵荣王贵荣院阴极循环对氢燃料电池系统电压钳位及自增湿效应的研究137