Vol.25 No.6 毋茂盛等：环境条件对质子交换膜燃料电池性能的影响 ·585 用DCDC转换模块要求的输入为1836V,当 2实验结果与讨论 PEMFC堆的输出低于18V时，本次测量结束.实 验的其他条件为：风机电压固定为18V,H的压 2.1环境湿度对PEMFC堆性能的影响 力固定为0.03MPa,H湿度固定不变，H的流量 测得的PEMFC堆在环境温度分别为30℃以 由负荷自动调节. 上，30-20℃及20-10℃时不同环境湿度下的输出 实验在干燥、寒冷的冬天进行，具体步骤为： 功率如图3所示， 首先改变环境温度，到达指定的范围后，再改变 图3说明了环境湿度对PEMFC性能的影响 环境相对湿度，到达指定值时等待0.5h,进行一 作用.当湿度增加时，PEMFC的输出功率有很大 次测量，然后保持温度不变，改变环境相对湿度 幅度的增长，在相对湿度为70%左右时，PEMFC 到另一期望值，再测量一一次，如此循环，当相对湿 有很好的输出性，并且环境温度越高，湿度对 度达到80%时，对应温度段的测量结束，改变环 PEMFC性能影响越明显.图3(a)中，当相对湿度 境温度到另一个温度范围，重复上述操作，直到 由23%变到74%时，PEMFC的最大输出功率（输 所有数据被测量完成. 出在18V以上时)从44W增加到116W,增幅达 135 140 140 (a) (b) (c) 105 100 100 75 23% 26% 28% 41% 8 X 41% 的 42% 60 50% 50% 60 52% 62% +一 60% 60% 一74% 0一 70% 71% ●—80% 20 20 23 5 0 2 3 5 3 灯泡数/个 灯泡数/个 灯泡数个 图330℃以上(a),30-20℃b,20-~10℃(c)时PEMFC堆在不同环境湿度下的输出功率 Fig.3 Output power of PEMFC stack at different ambient humidities at above30℃(a),30'℃-~20℃(b),and20℃~l0'℃ 170%.另一方面，从图中还可以看出，当湿度增 对比图4可以看出：当环境温度较高时，湿度 大时，对应的曲线上移，说明在任何温度下，当负 改变对PEMFC的输出功率有更大的影响.30℃ 载相同时，PEMFC堆的输出功率会随着环境相 以上时，如图4(a),由于湿度改变引起的PEMFC 对湿度的加大而增加，如果要求的输出电压下限 堆最大输出功率变化为170%（在输出不低于18 降低，PEMFC的实际输出功率会更大， V的条件下)；而当环境温度在20-10℃之间时， 2.2环境温度对PEMFC性能的影响 图4(c),湿度变化造成的PEMFC输出功率变化 环境温度分别为30℃以上，30-20℃及 最大仅为47%.当环境温度在10℃以下时，实际 20-10℃，在不同的环境湿度下测得的PEMFC堆 测得数据和前三个温度段明显不同（如表1）.这 的最大输出功率如图4所示，10℃以下时测得的 时PEMFC的性能严重下降，增加湿度并不能提 数据如表1所示. 高FEMPC堆的输出功率，而且随着实验的进行， 120 120 120 90 80 80 6 40 40 415062 74 26 4150607080 28 42526071 相对湿度% 相对湿度% 相对湿度% 图4不同湿度下PEMFC堆的最大输出功率.(a)30℃以上，(b)30-20℃，(c)20-10℃ Fig.4 Max power of PEMFC stack at different ambient air humidities at 33 'C (a),30~20'C (b),and 20-10'C (c)M〕 1 . 5 o 2 N . 6 毋茂 盛等 : 环 境条 件对 质 子交换 膜燃 料 电池性 能 的影 响 · 5 5 8 - 用 心D C转 换C 模 块要 求 的输 入 为 81 一 63 V , 当 P EM F C 堆 的输 出低 于 18 V 时 , 本 次 测量 结 束 . 实 验 的其他 条 件 为 : 风 机 电压 固 定 为 18 V , H Z 的压 力 固定为 .0 03 M P a , 凡 湿 度 固定 不变 , 凡 的流 量 由负荷 自动调 节 . 实验 在干 燥 、 寒 冷 的冬天 进行 , 具体 步骤 为 : 首 先 改变环 境 温度 , 到 达指 定 的 范 围后 , 再 改变 环境 相对 湿 度 , 到达 指 定值 时 等待 .0 5 h , 进行 一 次测 量 , 然 后 保 持温 度不 变 , 改变 环 境相 对湿 度 到 另一期望 值 , 再测 量 一次 , 如 此循 环 , 当相对 湿 度达 到 80 % 时 , 对应 温 度 段 的测 量结 束 , 改变 环 境温度 到 另 一个 温度 范 围 , 重 复 上述 操 作 , 直 到 所 有 数据 被 测量 完成 . 2 实验 结 果 与讨 论 2 . 1 环 境 湿 度对 P E M F C 堆 性 能 的影 响 测 得 的 P E M F C 堆在 环境 温度 分别 为 30 ℃ 以 上 , 30 一 20 ℃ 及 20 一 10 ℃ 时 不 同环境 湿 度 下 的输 出 功率 如 图 3 所 示 . 图 3 说 明了环 境湿 度 对 P E M F C 性 能 的影 响 作用 . 当湿 度 增加 时 , P EM F C 的输 出功率 有很 大 幅度 的增 长 , 在相 对 湿度 为 70 % 左 右 时 , P EM F c 有 很 好 的输 出性 , 并 且环 境 温 度 越 高 , 湿 度 对 P EM F c 性 能 影响 越 明显 . 图 3 (a) 中 , 当相对 湿 度 由 2 3% 变到 74 % 时 , P EM F C 的最 大输 出功率 ( 输 出在 18 V 以上时 ) 从 4 4 W 增 加 到 11 6 W , 增 幅 达 - 书卜- 7 1% 0 勺山064 nljo 哥渗一俘 40 O0 人研俘缤ù `Jù I ōj ù布」 o 门 凡哥俘缤ù 灯 泡数 /个 灯 泡数 /个 灯 泡数 /个 图 3 3 0℃ 以 上 ( a) , 3 0 ~ 2 0 ℃ (b) , 2卜10 ℃ c( ) 时 P E M F C 堆在 不 同环 境 湿度 下 的输 出功率 F ig . 3 o u t P u t P ow e r o f P E M F C s t a e k a t d i fe r e n t a m b i e n t h u m id i ti e s a t a b o v e 3 0 oC ( a ) , 3 0 aC ~2 0℃ ( b ) , a n d 2 0 ℃ 一 10 oC 170 % . 另一 方面 , 从 图 中还可 以看 出 , 当湿 度 增 大 时 , 对 应 的 曲线 上 移 , 说 明在 任何 温度 下 , 当负 载相 同时 , P E M F C 堆 的输 出功 率会 随着 环 境相 对湿 度 的加大 而增 加 . 如 果要 求 的输 出 电压 下 限 降低 , P E M F C 的实 际输 出功 率 会更 大 . .2 2 环 境 温度 对 P E M F C 性 能 的影 响 环 境 温 度 分 别 为 30 ℃ 以 上 , 3 0一 20 ℃ 及 20 一 10 ℃ , 在 不 同的 环境 湿度 下 测得 的 P E M F C 堆 的最大 输 出功 率 如 图 4 所 示 , 10 ℃ 以下 时测 得 的 数 据如 表 l 所 示 . 对 比 图 4 可 以看 出 : 当环境温 度 较高 时 , 湿 度 改变 对 P E M F C 的输 出功 率有 更 大 的影 响 . 30 ℃ 以上 时 , 如 图 4( a) , 由于湿 度 改变 引起 的 P EM F C 堆 最 大 输 出功率 变 化 为 170 % ( 在 输 出不低 于 18 V 的条件 下 ;) 而 当环 境温 度 在 20 一 10 ℃ 之 间 时 , 图 4 (c) , 湿度 变 化造 成 的 P E M F C 输 出功 率变 化 最 大 仅 为 47 % . 当环境 温 度在 10 ℃ 以下 时 , 实 际 测 得 数据 和 前三 个温 度 段 明显 不 同 ( 如 表 1) . 这 时 P E M FC 的性 能 严重 下 降 , 增加 湿度 并 不 能提 高 F E M P C 堆 的输 出功 率 , 而 且 随着 实验 的进 行 , nU 只24 0 锌俘拭崛污\ 多火哥俘拭崛 八U0 一,96 气ù、 沙火铃俘拭崛 2 3 4 1 5 0 6 2 7 4 二 ) . . . . . 2 8 4 2 5 2 6 0 7 1 相 对湿 度 /% 相 对湿 度 /% 相对 湿度 of/ 图 4 不同湿 度下 P E M F C 堆 的最 大输 出功 率 . ( a ) 3 0℃ 以 上 , 伪) 3 0~2 o oC , ( e ) 2 0一 1 0 ℃ F i g . 4 M a x p o w e r o f P E M F C s t a e k a t d i fe er n t a m b i e n t a i r h u m i d i t i e s a t 3 3 aC ( a ) , 3 0以o oC ( b ) , a n d Z卜1 0 oC ( c )