燃料电池发电装置能量管理控制系统设计

针对燃料电池动态响应上的不足,该文探讨了燃料电池发电系统中的能量管理控制系统的设计方法。讨论能量管理控制系统的结构和控制器的设计,提出了一种基于电流间接控制的能量管理控制方式。建立了能量管理控制系统的控制模型,重点分析了控制系统中电流控制环路的设计方法。针对能量管理的需求,设计了一套基于状态转移控制能量管理的控制算法用于管理超级电容中的能量。建立了5 kW燃料电池发电系统,通过实验验证了所设计的能量管理控制系统的有效性。     

试评小功率氢-空气燃料电池

根据储氢系统可能达到的比能量和燃料电池堆在常温常压下的比功率讨论了小功率氢 空气燃料电池系统的比能量 ,在连续工作时间不长时难以与常规二次电池竞争。在常温下如何排除电池反应生成的水也存在一些问题。据此讨论了小功率氢 空气燃料电池的可能适用范围及进一步发展时应解决的问题     

考虑系统氢耗和耐久性的多堆燃料电池优化控制方法

为降低多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)氢耗并延长运行寿命,提出一种计及系统氢耗和耐久性的多堆燃料电池系统优化控制方法,该方法以MFCS氢耗量和耐久性作为多目标,通过海鸥优化算法(seagull optimization algorithm,SOA)与无源控制(passive-based control,PBC)结合,实时优化每个单堆燃料电池系统输出功率,降低MFCS氢耗量,并兼顾约束功率波动率,提高MFCS耐久性,进而延长MFCS使用寿命。最后基于RT-LAB平台,搭建一套由3个不同性能的110kW质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统组成的MFCS实验硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)半实物平台,并从系统氢耗量和运行压力2个方面,与平均分配、链式分配、和基于运行性能衰减程度分配3种MFCS控制方法进行对比验证。结果表明,所提方法能够有效减小系统氢耗量,同时降低PEMFC输出功率波动率,进而提升MFCS耐久性,延长MFCS运行寿命。     

考虑电堆性能一致性的燃料电池混合动力系统多目标优化能量管理方法

为优化燃料电池混合动力系统(fuel cell hybrid power system,FCHPS)并延长其使用寿命,该文提出一种考虑电堆性能一致性的多目标优化能量管理方法。该方法的目的是降低系统等效氢耗、提高燃料电池系统内电堆组运行效率的同时限制锂电池荷电状态(state of charge,SOC)波动。由于电堆组的性能会在实际运行过程中发生退化,因此该方法还考虑了电堆组的性能状态差异,通过限制性能较差电堆的运行压力,以延长系统寿命。为实现这一目的采用樽海鞘群算法(salpswarmalgorithm,SSA)对目标函数进行优化求解,得到系统最优功率分配。最后,基于RT-LAB半实物仿真平台,将所提方法与有限状态机控制方法进行对比,实验结果表明所提出的方法能够有效降低系统氢耗,提高电堆组效率的同时减缓性能较差电堆的功率波动,维持系统一致性,有利于系统长期稳定运行。     

电动汽车用氢燃料电池发展综述

氢燃料电池是一种将燃料(和氧化剂)的化学能连续地转化为电能的装置。氢燃料电池以化学方式实现能量转换,不受热发动机卡诺循环的限制,具有较高的转换效率。氢燃料电池在全球大范围环保发展下已成为最清洁环保的电动汽车用电池。介绍了氢燃料电池的发展历程、工作原理、优缺点以及氢燃料电池电动汽车的应用实例,展望其发展前景。     

氢燃料电池公共汽车运营情况研究

燃料电池是氢能高效利用的重要途径,证明了氢能作为二次能源的可行性。氢燃料电池公共汽车是燃料电池领域的重要应用场景,通过以点带面的方式带动整个氢能及燃料电池产业的发展。本文以成都公交集团运营的180辆搭载东方电气品牌燃料电池的氢燃料电池公共汽车为例,研究氢燃料电池公共汽车的运营情况,从运营成本、加注时间、低温特性、续驶里程等角度看,氢燃料电池公共汽车已具备市场竞争力。     

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.     

电动叉车用燃料电池系统研究

氢燃料电池是近年来受到普遍关注的绿色动力能源,采用氢燃料电池作为叉车的动力源,是一个值得研究的新方向。研发了电动叉车用氢燃料电池混合动力系统,通过将燃料电池系统与叉车原有动力电池模块电-电耦合,开发长续航能力和清洁动力源系统。根据电动叉车实际运行情况设计了氢燃料电池系统的控制方法和能量管理策略,并通过实际应用,验证了系统设计的合理性。     

空冷燃料电池最佳温度及模糊增量PID控制

提出用空冷型质子交换膜燃料电池堆为机器人驱动电机供给电能。基于对热传递的分析,建立空冷型燃料电池温度场热模型方程。通过实验得到不同电流和电压负载时可使燃料电池输出功率最大的最佳温度值,以及不同电堆温度下,电池可稳定输出的功率情况。设计模糊增量PID温度控制算法,利用模糊规则推理来优化调节PID参数,建立加权平均去模糊化方法。给出电堆温度测控系统实现方案和控制器关键硬件选型。在自制实验台上,针对100 W燃料电池开展实验研究,用风扇调节电堆温度。温度控制实现±0.5 ℃精度。实验结果证明最佳温度合理,模糊增量PID控制满足电堆温度控制要求,适用于缓慢的负载变化。     

燃料电池混合动力车整车能量管理研究

针对燃料电池混合动力系统的特点对整车能量管理策略进行优化,将锂离子电池的荷电状态、整车需求功率作为输入变量,将燃料电池提供的功率、锂离子电池提供的功率和制动能量回收功率作为输出变量,提出了基于模糊控制的混合动力系统能量实时控制算法,并将新算法应用于硬件平台进行仿真与实现,同时设计出基于模糊算法的燃料电池混合动力系统整车控制器样机.算法仿真及装载该控制器的样车道路行驶试验结果表明:该控制器使整车效率达到50％以上,在提高整车燃料利用率的同时使燃料电池、锂离子电池工作在最佳状态.     

燃料电池混合动力系统的平坦性控制方法研究

针对燃料电池/超级电容混合动力系统设计了一种基于平坦性控制的能量管理方法。在Matlab/Simulink仿真软件中建立了燃料电池间接型混合动力系统模型,证明此系统是平坦性系统,根据平坦性控制方法设计能量管理控制器,再对控制目标进行轨迹规划,对控制效果进行仿真,与采用经典控制理论设计的PI控制器的控制效果进行对比。     

考虑热能动态平衡的含氢储能的综合能源系统热电优化

在综合能源系统中,电力系统和热力系统通过热电联产机组、电锅炉等装置耦合,对系统内电能和热能进行协调管理,可提高系统的运行灵活性,为系统消纳可再生能源提供新途径。为此,提出了一种考虑热能动态平衡的含氢储能的综合能源系统热电优化模型。首先,建立氢能系统模型,对系统内电解槽、氢燃料电池等设备进行精细化建模,挖掘氢能的利用潜力,提高了系统的运行经济性。然后,基于用户对室温要求的模糊性,引入热功率松弛项使热能保持动态平衡,提高了系统设备出力的灵活性。最后,以综合能源系统运行成本最低为目标函数,以能量平衡、网络安全为约束条件,建立综合能源系统热电优化模型。仿真结果表明,所提模型可在满足用户用能需要的同时降低系统的运行成本,提高风电消纳水平。     

燃料电池用贮氢合金的研究

研究了不同的Ti/Zr比以及Mn/Cr比对Ti-Mn基Laves相贮氢合金贮氢性能的影响，介绍了具体的实验方法；实验结果表明：开发出的合金Ti0.86Zr0.14Mn1.1Cr0.5V0.32Fe0.08其综合性能可满足小型燃料电池的应用要求，这种合金在小型燃料电池中有广阔的应用市场。     

氢能离我们还有多远--我国燃料电池现状、差距及对策

叙述了我国质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究与开发现状,特别指出在性能指标、稳定性、燃料电池系统水平和燃料电池示范深度和广度等方面我国燃料电池和国外的差距。认为根据我国的具体情况,燃料电池公共汽车和大客车将会比燃料电池轿车先得到商业化应用,因此,应加大对其投资力度。提出发展我国燃料电池的对策,建议:(1)根据国情确定研制FC的方向,我国继续以PEMFC和SOFC为重点研究开发对象,其中以PEMFC为重点,中、低温SOFC也要抓紧;(2)加强应用技术基础研究,争取在燃料电池方面有原始创新;(3)加速燃料电池实用化示范工作;(4)走引进、开发并举的道路。     

计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法

针对传统多堆燃料电池的控制方法难以解决系统全功率范围高效运行与暂态电压稳定的问题,提出了一种计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法,分为系统优化分配层与装备协调控制层。在系统优化分配层,提出了一种优化分配与轻载运行策略,以多堆燃料电池系统的效率最优为目标求解全功率映射集合,实现多堆燃料电池功率的优化分配,并避免燃料电池运行于轻载区间;在装备协调控制层,提出了一种燃料电池和电池组暂态功率快速平衡控制与稳态能量互补方法,实现两者之间暂、稳态的能量互补,抑制系统直流母线电压波动,提高系统的运行稳定性。基于Simulink平台进行算例分析,结果验证了所提协调优化控制方法的可行性与正确性。     

基于模糊控制的混合储能平抑风电功率波动

风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可以有效地降低风电对电网的影响。首先按照风电并网波动量要求,估算出某时刻的预估风电波动量。然后根据风电预估波动功率以及电池当前的能量状态建立模糊控制器,输出平抑系数K1,并计算出混合储能系统的实际输出功率以及风储并网功率。最后利用需混合储能SOE变化量以及超级电容器当前能量状态,建立模糊控制器,输出分配系数K2,计算当前超级电容器和电池的实际输出功率,并实时更新混合储能的能量状态。通过算例证明,在混合储能容量充足和不足的情况下协调控制算法均可靠、有效,并且能够充分解决混合储能使用寿命和风电功率波动平抑度之间的矛盾。     

燃料电池发电系统的能量管理控制

针对燃料电池动态响应上的不足及其因长时间运行而造成的性能衰减,探讨了燃料电池发电系统的混合结构。讨论了能量管理控制系统的结构及其控制器的设计,提出了基于前馈补偿和双闭环相结合的控制方法。通过控制双向变换器调整蓄电池的充、放电,使燃料电池的输出电流缓慢变化,大大减少了冲击性。通过实验验证了所设计的能量管理控制系统的有效性。     

燃料电池的氢源技术--乙醇重整制氢研究进展

对燃料电池的氢源技术之一--乙醇重整制氢的相关研究进行了综述.首先,对乙醇重整制氢在燃料电池氢源中所处的地位和占有的优势进行了分析,总结了乙醇重整制氢的反应机理,系统地归纳了国内外对乙醇重整制氢催化剂、乙醇氢分离膜及相关材料的研究进展,并对目前两种乙醇重整质子交换膜燃料电池系统的研究进行了对比分析.同时,对乙醇重整燃料电池系统存在的问题进行了初步探讨,展望了乙醇燃料电池的发展前景.