复合式燃料电池供电系统

提出了一种新型的复合式燃料电池供电系统.它是由燃料电池、蓄电池、单向变换器、双向变换器和逆变器构成.根据燃料电池的特性,提出了复合式全桥三电平LLC谐振变换器和三电平Buck/Boost双向变换器分别作为系统的单向和双向变换器运用于系统中.该结构可以优化能量管理,在冷启动过程由蓄电池向负载供电,而燃料电池不供电,系统易于冷启动;在负载突变时,可由蓄电池提供或吸收动态能量,使得系统具有很好的动态特性;在过载时,燃料电池仅提供额定功率,而过载部分能量由蓄电池提供,燃料电池的功率等级只需按照系统额定功率进行配置,从而降低整个系统的成本.最后在实验室中完成了一个1kW复合式燃料电池供电系统,并对系统进行实验研究,以验证理论分析的正确性.     

模糊逻辑应用的燃料电池汽车能量管理策略

燃料电池系统是燃料电池汽车的主要能源供应,燃料电池自身存在动态响应慢等缺陷。为了提高混合动力汽车的燃料经济性并增加续航里程,提出了适用于燃料电池/蓄电池(FC+B)混合动力汽车的模糊逻辑控制策略,运用MATLAB/Simulink软件搭建了混合动力汽车整车仿真模型。仿真结果表明,模糊逻辑控制策略新欧洲行驶工况(new European driving cycle,NEDC)和市郊循环工况(extra urban driving cycle,EUDC)两种工况下,能够实现燃料电池和蓄电池的最优功率分配,在燃料经济性和蓄电池的荷电状态(state of charge,SOC)方面也优于基于状态的自适应功率控制策略。     

燃料电池-光伏混合发电系统建模与仿真

燃料电池-光伏混合发电系统的动态特性和控制技术直接影响它的动态性能.为了研究发电系统的动态特性,首先建立了燃料电池-光伏混合发电系统的动态数学模型,模型包括燃料电池、光伏电池、蓄电池和DC-DC变换器等部分,得到五阶非线性系统数学模型.采用滑模控制技术设计混合发电系统控制器.最后仿真分析了混合发电系统的动态特性和控制器的性能.在负载和光照、温度等干扰作用下,对3 kW的发电系统进行仿真.仿真结果表明滑模控制器能够对发电系统进行有效控制,发电系统具有良好的动态特性,能够满足实际使用需要.     

燃料电池发电机电源管理及控制系统设计

本文介绍了1kW混合动力质子交换膜燃料电池发电机的基本组成,设计了燃料电池发电机的电源管理系统及其控制系统。该设计通过简化电路拓扑结构,改进了传统的燃料电池Discharge(瞬时放电)电路;通过蓄电池提供瞬时峰值电流,改善了燃料电池混合动力发电机的实时供电能力。为燃料电池混合动力发电机系统控制的研究提供了一个可靠的硬件平台。     

基于双电机转速同步的混合储能母线电压稳定控制

针对双电机转速同步系统,设计由蓄电池和超级电容组成的主动式混合储能系统,通过功率分频改善直流母线电压控制的性能.本文在考虑电机转速频繁变化和不平衡负载的情况下,比较传统蓄电池储能与混合储能之间的功率分配及直流母线电压稳定情况.通过Matlab/Simulink仿真建模分析,验证所提出的混合储能系统功率分频控制能够提高系统响应功率波动能力,减小蓄电池充放电电流峰值,稳定直流母线电压.     

燃料电池／超级电容器混合发电系统能量管理策略

给出由燃料电池和超级电容器构成的混合发电系统的能量管理策略.在拓扑分析的基础上,制定了双向、单向DC/DC变换器的控制策略.在微分平滑理论的基础上,给出了基于超级电容器电流的直流母线电容能量动态轨迹规划方案,在实现负载快速跟踪的同时,缓解了超级电容器的暂态大电流状况.提出了燃料电池输出功率的模糊控制律,充分考虑燃料电池与超级电容器的工作状态,调节燃料电池出力,在保证负载正常供给的前提下,维持超级电容器储能为给定值.引入了超级电容器及燃料电池电流饱和方程,确保发电系统安全运行及其使用寿命.仿真分析验证了该能量管理策略的正确性,还展示了该发电系统对负载功率的调节作用.     

质子交换膜燃料电池发电系统建模与分析

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统进行动态建模和分析,模型包括质子交换膜燃料电池,供气系统和直流-直流(DC-DC)变换器等部分。首先建立用于预测燃料电池电化学特性和反应气体压力特性的集中参数动态模型,同时给出了供气系统和DC-DC转换器的动态模型,也给出了比例积分型DC-DC变换控制器的设计方法。然后仿真和分析了PEMFC发电系统对快速变化负载的动态响应。采用Matlab-SIMULINK软件对5kW的PEMFC发电系统进行仿真。仿真结果表明系统模型结构简单,计算量小;PEMFC发电系统能够满足快速负载功率需求,满足不同负载的使用要求。     

风光氢联合式独立发电系统的建模及仿真

提出了一种独立使用的风光氢联合式独立发电系统，该系统由风力发电、太阳能发电、氢能系统(包括电解水制氢、燃料电池系统、超级电容等)及其他系统单元组成。各单元通过2条直流总线联接，并采用功率流控制。由于风力发电与太阳能发电所输出的功率随风速和日照的变化而变化，因此采用燃料电池系统与超级电容堆与风光发电系统配合使用，以保证系统在任何条件下都具有可靠的供电性能。当风能与太阳能充足时，风机与光伏阵列可满足负荷的需要，同时还可向电解池供电；如果不能满足负荷的需要则由燃料电池提供额外的电能，同时由超级电容在短时期内向负荷提供燃料电池最大功率以外的那部分电能。最后在Matlab环境下建立了系统仿真模型，并以西藏边远村落为例对该系统的动态响应进行了仿真分析，仿真结果表明本文提出的供电系统可以用于以西藏为典型代表的风速和光能变化较大的边远地区。     

一种适用于燃料电池-超级电容发电系统的控制策略

随着能源危机和环境污染问题加剧,燃料电池因其绿色环保得到了越来越多的应用。受调节进气量机械装置的限制,燃料电池的动态性能较差,响应速度较慢,因此需要选择蓄电池、超级电容等作为辅助电源提供瞬时功率、配合燃料电池发电。基于主电源燃料电池和辅助电源超级电容并联供电的架构,分析了各种可能出现的能量流动工况,提出了超级电容后级变换器控制母线电压、燃料电池后级变换器控制超级电容电压的系统控制策略。最后搭建了燃料电池发电系统仿真平台,对2种稳态工况和3种动态工况开展仿真分析,仿真结果证明:提出的控制策略具有优异的直流母线稳态和动态特性,实现能量在主辅电源以及负载之间的合理分配,保证燃料电池的安全稳定运行。     

氢燃料电池有轨电车混合储能系统的节能运行优化

针对燃料电池/超级电容/锂电池混合储能有轨电车能量管理中存在的等效能耗受负载随机性影响较大,无法保证全局功率分配最优的问题,同时为进一步提升燃料经济性,提出一种基于外部能耗的运行优化策略。首先,将负载能量需求分为内部能源燃料电池的实时燃料消耗和外部电源锂电池/超级电容的电能消耗两部分;其次,旨在通过将等效能耗最小化策略的目标函数改写为最大化外部电源出力,以分担燃料电池的高功率负载压力,使其不需要评估等效能耗,从而达到增强对负载变载的鲁棒性,同时最小化实时氢耗的目的;最后,将所提优化策略与等效能耗最小化及状态机和功率解耦策略进行对比分析。结果表明:在整个循环工况中,所提方法相较于等效能耗最小化策略燃料电池氢气消耗降低17.68g,峰值电流降低21.81A;相较于状态机和功率解耦策略氢气消耗降低39.04g,峰值电流降低56.9A,且母线电压偏移范围和各能量源应力均有显著改善。     

燃料电池混合电动车中低温热能发电系统

质子交换膜燃料电池(PEMFC)通常在为电动车提供电力的同时,也要产生相当数量的废热(约40%～60%)。为了提高质子交换膜燃料电池混合电动车的能量利用率,提出了将温差发电机作为PEMFC的废热回收装置,使其能利用PEMFC低品位的热能进行二次发电并用于锂电池的在线充电。通过对该热电联供系统的热力学分析,得出了温差电池在PEMFC不同运行温度下的发电功率。试验结果显示,此系统可以在提高能量综合利用率的同时,降低对车载锂电池尺寸的设计要求。     

混合动力系统的控制系统设计与仿真

设计了一种新颖的质子交换膜燃料电池/蓄电池的混合动力模型,该混合动力模型以锂电池为主,燃料电池为辅。该系统可以实时监测负载电流,假设并实现了在负载电流不大于10 A时,由锂电池单独工作;当负载电流大于10 A时,燃料电池和锂电池共同工作,提供功率。在Simulink平台上建模并验证了所设计的混合动力系统的能量管理策略的可行性。     

Fuel-efficient Induction Generator Based Diesel Generator Set for Stand-alone Supply Systems

This article proposes a fuel-efficient, diesel engine driven, self-excited induction generator based diesel generator set for stand-alone supply systems. The system uses a static compensator along with a battery energy storage system. The static compensator with a battery energy storage system provides the voltage control, load compensation, harmonics elimination, load balancing, and reactive power compensation. The fuel efficiency of the generator is improved by loading the generator continuously between 80% and 100% of its rated capacity. The battery energy storage system takes the power from the generator during light load periods and supplies the power to the load during overloads. In addition, a continuous loading of the generator eliminates the problem of frequency variation of the induction generator under varying loads. The proposed system is designed to feed both three-phase as well as single-phase loads. A zigzag transformer is used for neutral current compensation. A power balance theory based control algorithm has been used to estimate the reference source currents.     

基于模糊的氢燃料电池时序采样能量控制方法

氢燃料电池汽车的能量管理系统对燃料电池寿命、耐久、经济性等性能起着重要作用。 在对经典模糊控制策略的改进 基础上,解决控制策略存在的燃料电池输出功率变载频繁的问题,以时序规则进行优化设计,根据燃料电池运行特性、工作效率 点以及道路工况具备的特点提出了一种基于时序周期采样的控制策略,通过对车辆搭载燃料电池和动力电池输出功率的控制, 完成能量管理策略优化。 针对一款实际运营的燃料电池公交车在等速工况和中国典型城市公交循环工况下,使用不同控制策 略时的氢耗、燃料电池输出功率状态、动力电池荷电状态变化等数据进行分析,发现设计的控制策略能有效降低燃料电池变载 次数,提高燃料电池使用寿命,在氢耗方面比功率跟随策略、开关控制策略有明显优势,在初始动力电池荷电状态为 60%条件 下,后两者策略氢耗分别增加了 3. 98%和 27. 88%。     

PEMFC阴极系统的混合智能PID解耦控制器设计

60 kW PEM FC发电系统要求安全性、可靠性和持久性,理想的电堆湿度和压力控制很重要。在电堆阴极系统的动态仿真和分析基础上,针对系统强非线性动态耦合的特点和控制要求,设计了阴极湿度和压力的混合智能PID解耦控制器。系统实时控制的仿真实验结果说明,利用带二次型性能指标的单神经元PI控制器,调节空气增湿器水泵的注入水流量来控制阴极湿度,控制结果快速而且稳定。以对角回归神经网络(diagonalrecurrentneuralnetw ork,DRNN)动态辨识为基础的增量式PID控制器,调节空压机送往电堆阴极的空气流量,使阴极压力的控制更加稳定和精确。两个控制器的良好配合不仅能够克服系统的非线性动态和耦合特性,而且能够克服系统负载的实时功率需求的影响。     

燃料电池运行压力对整车燃料效率的影响

40 kW质子交换膜燃料电池动力系统可以作为小车发动机。讨论了该动力系统运行时的空气与氢气压力对燃料电池堆输出功率的影响,并综合讨论了对整体系统氢燃料效率的影响。实验数据表明,燃料电池动力系统在低压10.132 5 kPa(相对压力)运行时具有较高的整体系统氢燃料效率,为45%,而在较高压力101.325 kPa(相对压力)运行时具有相对低的整体系统氢燃料效率,为40%。     

60 kW燃料电池发动机集成及20次工况循环实验

介绍了大连化物所研制的一台用于城市客车的60kW燃料电池发动机。该发动机采用变压操作、功率自适应控制模式;具有较高的过载能力,最大输出功率为80kW。为了考察发动机的稳定性,根据燃料电池发动机测试规范进行了20次工况循环台架试验。通过在给定几个输出功率下的电压值比较可见,该发动机性能输出稳定,在额定输出功率下,电压标准偏差为2.17V。