理化动态：基于质子交换膜燃料电池测试系统的气体控制研究
质子交换膜（PEM）燃料电池是一种以“可传导离子聚合膜”为电解质的新型燃料电池，使电池运行处于高效稳态，且拥有简洁的水热管理和节能特点，能够适应较宽的温差范围，广泛应用于电动汽车、便携式电源、航空航天等领域。气体流量精密控制是质子交换膜（PEM）燃料电池技术研究的重点。通过980Pro燃料电池测试系统展开气体控制研究，探索科学合理的控制策略，进而提升燃料电池单体的电化学性能，具有较高的科研价值。
（1）基于数学建模的仿真研究
通过燃料电池测试系统配套软件编程，从电化学域、流体力学域以及热力学动态域对PEM燃料电池进行了精确建模，可建立多参数耦合模型、电流阴/阳极流量模型、加湿/热管理模型，研究膜电极内各化学组分和电流密度分布情况，比较不同流量、湿度、温度、气压条件下的运行状态。通过关联性测输入/输出关系，仿真模型与实验数据的对比，探索技术创新方案。
（用户应用980Pro进行数学建模）
980Pro燃料电池测试系统具备每秒5point快速数据提取速度，勾选式测试条件编辑画面，便于快速编程建模，重点数据单独显示，具备安全逻辑，确保电池测试稳定性。
（2）基于气体分配的策略探索
燃料电池系统的运行过程是“气—水—热—电—力”复杂多物理场共同作用，气体组分的研究首当其冲。燃料电池系统启动过程中，向氢气管路供给高纯度氢气，然后对电堆进行电子负载，避免出现局部欠气或严重的氢氧界面事故。电堆气体分配影响各单电池燃料气体供给的充分度，而单电池的扩散层质量传递好坏决定反应能够很好的发生[1]。通过PEM燃料电池测试系统研究“气体配比”策略，对于探索燃料电池安全效益、节能效益、预期寿命具有重要意义。
（980Pro气体配比模块）
980Pro燃料电池测试系统可应用于混合气体动态配比（0-100%），预置98种可选气体，采用NIST可溯源校准证书的气体流量计。不同的气体介质下进行切换，以全面评估燃料电池的性能和工作状态。这些优势将有助于促进燃料电池技术的发展和应用。
（3）基于气体控制的安全系统
燃料电池系统包括“氢气供应、氧气供应及氮气供应”三大气体供应模块。基于气体控制的安全系统也是研究的重点。氮气吹扫是一个重要的过程。氮气具有较强的惰性优势，不会与底层物质发生反应，吹扫过程确保阴极、阳极不会有液态水存在。
980Pro燃料电池测试系统具备“氮气吹扫”功能，内置硬件船游氢气传感器，可在软件上设置报警值（最大可设40000 ppm），预设PID自动调节功能，可稳定控制气体压力、温度。
参考文献
1、《PEM燃料电池气体分配、质量传递与电化学模型及应用》 武汉理工大学 艾勇诚