车用质子交换膜燃料电池系统关机策略优化

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）的关机过程是影响其寿命和耐久性的关键因素,尤其对于车载燃料电池系统,关机后的放电和吹扫过程对其寿命的提高尤为重要。本文提出了两种不同的燃料电池系统关机策略,并对关机过程中的放电和吹扫条件参数进行优化,其目的是（1）缩短关机放电和吹扫时长;（2）减少开路电压（OCV）对电池性能的影响;（3）避免关机过程中氢气／氧气界面的形成对电池性能的影响。本文的研究结果确定了环境温度为360C时燃料电池系统关机程序结束的判据,并且通过对空压机、节气门和水泵转速的优化,能够将关机时长减少。另外,本文比较了两种不同关机策略的优劣,为制定车载燃料电池系统的关机策略提供参考。     

某燃料电池动力系统支架随机振动寿命分析

近年来燃料电池以其零排放,受到人们的关注.车用燃料电池动力系统支架与车架固定在一起,系统支架承载着整个燃料电池的静、动载荷,其结构性能决定着燃料电池系统在车载条件下的稳定性.本文应用Workbench分析了某燃料电池系统支架的随机振动,分析表明该燃料电池系统支架可以通过耐久性随机振动试验.通过基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法评估其损伤满足车载耐久性.     

基于功率自适应分配的多堆燃料电池系统效率协调优化控制

针对单体燃料电池存在输出功率有限、耐久性不足以及系统成本较高等缺点,多堆燃料电池发电系统成为了研究热点。针对大功率车辆的实际传动性能要求,重点研究了并联拓扑结构下的多堆燃料电池系统运行特性,提出一种基于功率自适应分配的多堆燃料电池系统效率协调优化控制方法,实现了各个电堆输出功率的有效分配,并以系统整体效率最优为评价指标,使整个多堆系统处于最优运行状态,保证了大功率车辆用多堆燃料电池系统的高效、平稳运行。     

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。     

基于庞特里亚金极小值原理满意优化的燃料电池混合动力系统分层能量管理方法

针对燃料电池混合动力系统的燃料经济性和耐久性兼顾问题,文中提出一种基于庞特里亚金极小值原理满意优化的分层能量管理方法。该方法以燃料经济性和耐久性为优化目标,采用一级硬性约束、二级满意优化和三级最优控制的分层能量管理,实现对负荷功率的有效分配。通过基于实测工况的实验测试,并与传统基于庞特里亚金极小值原理的能量管理方法进行对比分析,证明了所提出能量管理方法能够有效维持氢耗量较低水平,并能够降低燃料电池发电系统的输出功率波动率,有效提高其耐久性,延长其服役寿命。     

轨道交通用多堆燃料电池发电系统拓扑及系统控制与检测方法综述及展望

在现代轨道交通系统中,采用燃料电池为动力电源是当前的热门研究课题。然而,因为燃料电池单体系统存在功率较低、耐久性不足、系统成本较高等缺点,燃料电池系统在现代轨道交通运输市场的大规模投入使用仍受到限制。为解决这些问题,根据现代轨道交通车辆整体性能要求,该文对国内外多堆燃料电池发电系统技术的研究现状进行梳理、归纳和总结,从多堆燃料电池发电系统拓扑结构和控制、检测方法两个方面,分析不同多堆系统拓扑结构设计和控制、检测方法对轨道交通车辆整车性能的影响,最后对轨道交通用多堆燃料电池发电系统的发展前景和研究方向进行展望。     

首例自主超5000h燃料电池问世

正我国首例自主研发的超越5000h耐久性的燃料电池产品,日前完成寿命测试和整车应用验证。该产品突破了制约我国燃料电池汽车商业化应用发展的瓶颈,在耐久性、可靠性和产品一致性上取得重大进展。作为核心部件,燃料电池电堆的耐久性和可靠性是燃料电池汽车实际应用的关键问题。按照美国能源部提出的燃料电池商业化技术要求,燃料电池电堆的耐久性需达到5000h。而我国燃料电池电堆与国外工程化水平差距明显,     

车用燃料电池水管理技术

水作为燃料电池电化学反应的重要产物之一,影响着燃料电池的运行和性能,燃料电池水管理对实现车用燃料电池的最大性能和耐久性具有十分重要的研究意义。本文主要研究车用燃料电池水管理技术,首先介绍水管理对燃料电池运行和性能的影响,随后分析燃料电池水管理的主要影响因素,最后总结车用燃料电池的水管理策略。     

质子交换膜燃料电池催化剂的耐久性研究

燃料电池的耐久性问题是阻碍其商业化应用的一个重要原因阐述了近年来质子交换膜燃料电池催化剂耐久性的研究进展。研究表明,电池长时间运行后,催化剂碳载体会受到腐蚀,Pt颗粒会发生溶解、团聚、烧结。其主要影响因素被认为是:高电势、高温(50～90℃)、低pH(<2)及潮湿的运行环境等。还提出了增强催化剂耐久性的一些方法。     

低温型燃料电池混合发电系统的半物理仿真

针对低温型燃料电池运行状态对电池性能和寿命的影响,建立了基于机理的质子交换膜燃料电池的电气模型,给出了采用电化学方程的质子交换膜燃料电池半物理混合发电系统电气特性的模型结构、优化、仿真和实验,为低温型燃料电池混合发电系统的研究提供了一个实际工程应用模型。     

燃料电池稳态输出功率与效率的双目标优化

目前对燃料电池性能的研究基本上都是对燃料电池的某一个目标进行分析,这可能会导致其他重要参数产生重大偏差,从而影响燃料电池系统的性能,并且对于一个发电装置来说,其功率和效率是一对不可分割的重要参数。为此,提出了一种针对燃料电池系统稳态输出功率与效率的双目标优化算法。通过模型分析得到燃料电池稳态输出功率和效率与影响变量的关系,采用控制变量的方法实现对输出功率和效率的最优化。因系统复杂的非线性关系,仿真中采用一种带约束处理机制的自适应差分进化多目标优化算法以实现优化目标。     

高温燃料电池发电系统研究

介绍燃料电池的分类和应用技术路线,比较各种燃料电池的发电特性,分析高温燃料电池的应用前景。分析表明,固体氧化物燃料电池在大型电厂的应用具有潜在优势。应用稳态模拟软件(AspenPlus)对1000kW SOFC/GT发电系统进行了模拟,模拟结果与WestingHouse 500kW SOFC/GT发电系统设计数据比较吻合,误差小于5%。应用建立的系统模型对影响系统性能的主要参数进行了优化,系统效率提高到51.403%。     

航空燃料电池推进系统能量管理策略研究综述EI北大核心CSCD

燃料电池推进系统是未来绿色航空的潜在发展方向之一。面对航空燃料电池推进系统的耐久性、经济性等瓶颈问题,如何构建高效的系统能量管理策略已成为系统可靠应用的核心。该文结合国内外研究现况,在分析燃料电池推进系统架构的基础上,详细分析已有的系统能量管理策略的特征和应用场景,并针对策略适应性、实时性以及优化效果进行定性分析。同时,结合特定飞行工况下的无人机飞行仿真实验结果对不同能量管理策略进行定量分析,对未来航空燃料电池推进系统的发展趋势进行探讨,以期为航空燃料电池推进系统的快速大规模应用提供理论参考。     

基于NSGA2算法的燃料电池系统净功率优化

在质子交换膜燃料电池系统中，寄生功率占据燃料电池系统输出功率的相当一部分，系统的净输出功率是燃料电池系统的重要指标之一。目前对于燃料电池本身性能的改善主要集中在凭经验对单一控制参数的调整。提出了在稳态下，结合质、能量守恒公式推导，将空气过量系数、温度、阴极压力和阳极压力协同控制，将控制参数作为决策变量，燃料电池功率、空压机功率和散热器功率作为目标函数，采用一种非支配排序遗传算法(NSGA2)进行优化，在提高燃料电池输出功率的同时降低空压机和散热器的功率，并和传统的遗传算法(GA)作比较，验证了NSGA2的适用性，并探究了稳态条件对优化效果的影响。     

质子交换膜燃料电池耐久性评价方法

耐久性是阻碍质子交换膜燃料电池发展的重要原因。介绍了美国能源部与日本燃料电池商业化推进协会的加速测试方法,对两种测试方法的测试特点、适用范围等方面进行了分析,包括湿度循环、负载循环、启停循环、开路电压等工况下性能衰减的机理及主要材料的腐蚀特点。总结了提高燃料电池耐久性的方法和测试手段的进展。     

燃料电池质子交换膜研究现状与展望

质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一，研究方向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。作为质子交换膜燃料电池的核心部件，质子交换膜性能的好坏直接影响燃料电池的性能与寿命。文中首先概述了燃料电池质子交换膜的工作原理。随后，总结了燃料电池质子交换膜的分类，主要分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化聚合物质子交换膜四大类，同时还简述了质子交换膜的制备工艺。最后，介绍了燃料电池质子交换膜的优化方案，主要包括有机/无机纳米复合质子交换膜、改进质子交换膜的骨架材料、调整质子交换膜的内部结构、机械增强型质子交换膜以及自增湿型质子交换膜。     

PEMFC耐久性影响因素及测试方法研究进展

质子交换膜燃料电池是一种高效、清洁的新能源技术,被认为是未来能源最重要的发展方向之一,但燃料电池寿命短是目前阻碍电池商业化的重要因素之一。综述了近年来质子交换膜燃料电池耐久性研究进展,重点对膜电极的关键组成部分包括催化剂层、气体扩散层、质子交换膜的耐久性影响因素及常用膜电极寿命测试方法:工况循环法、启停循环法、循环伏安法、干湿循环法等进行了深入阐述。     

多功能燃料电池测试平台的研究与开发

燃料电池测试平台是燃料电池系统开发过程中的关键测试设备,用于实现燃料电池的性能测试、寿命评估和理论基础研究。本文从系统设计、安全设计、工业设计和控制设计4个方面详细讨论了多功能燃料电池测试平台的总体设计思想。阐述了燃料电池测试平台中反应气体供给系统、加湿系统、氮气供应系统、循环冷却水系统、废气排放系统和电控系统的实施方案。基于系统设计和化工流程优化等方面提出的创新,开发出新一代美观、实用、安全的多功能燃料电池测试平台。     

考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度

燃料电池是氢储能中的重要组成部分，其运行效率对含氢储能的综合系统的经济性有较大影响。为此，提出考虑燃料电池变工况特性的风-光-氢综合能源系统优化调度方法。通过分析燃料电池输出功率和运行效率间的关系，建立燃料电池变工况条件下运行效率的分段线性化模型。提出考虑燃料电池的变工况效率特性的多模块输出功率协同优化策略和燃料电池多模块工作协同策略，从而提升燃料电池总体运行效率和各模块使用寿命。基于此，以风-光-氢综合能源系统优化调度为例，验证了所提优化运行策略的有效性。     

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。