基于价值损耗的燃料电池混合动力能量管理策略评价

为了评价燃料电池混合动力系统能量管理策略的经济性,对基于状态机和模糊逻辑2种能量管理策略的燃料电池混合动力叉车的价值损耗进行分析。首先,通过分析燃料电池和锂电池的工作特性,分别构建依赖实际工况的燃料电池单体电压衰减率模型和锂电池容量衰减率模型;同时定义计及燃料电池氢耗量的燃料电池混合动力系统的综合价值损耗指标。其次,通过测试叉车极限工况,计算燃料电池功率和锂电池容量,并根据母线电压确定锂电池SOC范围。最后,设计基于状态机和模糊逻辑的2种燃料电池混合动力叉车能量管理策略,并通过仿真分析在叉车一次循环工况下2种能量管理的价值损耗。研究结果表明:相较于模糊逻辑策略,采用状态机策略造成燃料电池寿命损耗提高7.81%,氢耗量提高1.89倍,锂电池寿命损耗减小21.33%。     

燃料电池混合动力机车参数匹配与等效氢耗优化能量管理方法

为提升燃料电池机车混合动力系统综合经济性，基于机车动力性能分析提出一种基于配置成本优化的燃料电池混合动力系统参数匹配方法。在此基础上，将锂电池能耗等效为燃料电池的氢气消耗，并提出一种基于等效氢耗实时优化的燃料电池混合动力系统能量管理方法，以降低系统整体能耗水平。基于某机车实际参数对所提方法进行可行性验证。结果表明，机车配置10套150 kW的燃料电池和549串16并的锂电池，可在机车安全稳定运行的基础上，实现系统总购置成本最优，并且，基于所提出的能量管理方法，系统等效氢气消耗降低8.44%，混合动力系统的综合经济性得到明显改善。     

基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的性能分析

以生物质气为燃料,建立了固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的仿真模型.利用所建立的模型进行仿真,根据燃料电池特性参数和压气机、透平特性曲线,分析了燃料质量流量、空气质量流量等参数对混合动力系统性能的影响.结果表明:基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的发电效率最高可达61.55%,但在这种情况下系统的寿命和可靠性急剧下降;在设计点工况下,系统的发电效率可达55.31%.燃料质量流量不变,空气质量流量可以在0.084 0~0.179 9kg/s内调节,系统效率变化范围为61.55%~51.43%;空气质量流量不变,为防止压气机发生喘振,燃料质量流量变化范围为0.062 3~0.084 6kg/s,功率变化范围为124.9~187.3kW.     

重整条件对SOFC电池堆性能影响的实验研究

以天然气为燃料,建立了外部重整固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的实验平台,在不同重整工艺参数条件下,对电池堆的性能进行了测试,得到了电池堆性能参数的变化趋势,分析了水碳物质的量比(即水碳比)、重整温度、重整方式以及天然气体积流量对SOFC电池堆性能的影响.结果表明:在不同的电流密度下,采用水蒸气重整方式电池堆的输出功率高于自热重整方式电池堆的输出功率;当电池堆工作温度设定恒值为1 023K时,随着水碳比的增大,电池堆的输出功率逐渐提高,随着天然气体积流量的增加,电池堆的输出功率显著提高.     

氢燃料电池牵引车动力系统匹配设计

目前,国家对能源战略转型,对“碳达峰、碳中和”的规划,从政策和能源战略层面鼓励和支持氢燃料电池汽车发展。根据氢燃料电池牵引车在港口的应用场景,确定整车总体设计需求,深入研究整车动力系统构架方案,动力系统的动力性仿真计算及校核,电机和变速箱、氢燃料电池系统等零部件的选型,研发一款氢燃料牵引车动力系统完整方案,为氢燃料牵引车设计提供参考。     

燃料重整固体氧化物燃料电池发电系统性能分析及多变量参数优化

以燃料重整的固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,通过数值模拟方法对固体氧化物燃料电池发电系统的性能、(火用)损、(火用)效率以及多变量运行参数优化进行了分析。研究结果表明：重整反应中燃料利用系数、电池工作温度、水碳比、电堆电流密度等参数对系统性能影响显著;电堆工作在不同电流密度下都有其对应的最佳工作温度、最佳燃料利用系数工况点;水碳比会改变重整反应产氢量,从而影响电化学反应速率,空气加热器的(火用)损所占份额最大;优化后的系统效率及(火用)效率为0.480 9和0.462 6,效率提升约4%。     

直接碳燃料电池性能研究

直接碳燃料电池(DCFC)勿需碳和氧气气化、重整,而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料的理论利用率可达100%,是一种高效、清洁的燃料电池.文章所介绍的组装DCFC单体电池,以石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂,采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂,该电池工作温度为500～700℃.对不同工作温度、不同电解质和不同氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究.结果表明:随着工作温度的升高,电池输出性能有很大提高;KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min,温度为650℃时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为118mA/cm2和0.054 W/cm2,开路电压达到0.76 V.     

重卡辅助动力电池加热系统能耗对比及优化北大核心CSCD

清洁能源的重卡汽车因其零排放、长续航等特性近年来得到了迅速发展,其动力驱动配置多采用燃料电池为主动力电池为辅的形式。低温环境下,重卡辅助动力电池性能衰减不足以承担辅助动力源削峰填谷的重担。因此,加热辅助动力电池使其恢复充电放电性能对重卡汽车应对寒冷环境显得尤为重要。本工作以方形磷酸铁锂电池组为研究对象,通过实验测试单体磷酸铁锂电池−10℃、0℃、10℃、20℃的放电工况,得出电池的低温热特性,建立单体电池的热模型并验证其模型有效性。基于该模型提出了一种以石墨烯加热膜为主要热源,整车车载热源余热为辅助热源的加热升温系统。同时,为了降低该加热系统能耗,基于传热原理建立了电池加热系统线性时变模型预测控制器(MPC)。结果表明,重卡在C-WTVC的行驶工况下,电池加热系统通过换热器利用车载热源余热能够提升动力电池组升温速率,使用加热膜和换热器的加热系统比传统PTC加热系统能耗降低了30%。采用MPC控制策略的加热系统比PID控制的加热系统能耗降低了14%。     

利用气动发动机排气辅助内燃机增压的混合动力系统仿真研究

为了提升气动-内燃混合动力系统的动力、经济和排放性能,充分利用气动发动机排气能量,提出了一种利用气动发动机排气辅助实现内燃机进气增压的方法。基于热力学理论建立了气动-内燃混合动力系统数学模型,并对模型进行了试验验证。利用建立的模型分析了气动发动机排气压力和流量变化规律,分别计算了混合动力系统在定转速和定进气压力工况下的性能。计算结果表明:在定转速工况下,随着气动发动机进气压力升高,内燃机平均指示压力升高,混合动力系统输出功率增加,总能效率比同条件的非增压系统最大提高了11%;在定进气压力工况下,随着混合动力系统转速升高,受循环进气量的影响,混合动力系统功率呈先增加后减小的趋势,总能效率则不断降低,但相比同条件下非增压系统提高了5%~15%;气动-内燃混合动力系统在中、低速时,采用辅助增压效果较好,可提升系统的动力性及经济性。     

生物质气微型燃气轮机运行性能分析

为研究生物质气微型燃气轮机的运行性能,构建了微型燃气轮机模型。基于C60微型燃气轮机的设计数据,首先以天然气为燃料,验证了模型的合理性。然后以沼气、松木气和干牛粪气等生物质气为燃料,在机组输出功率为60 kW及燃烧室出口温度为1 145 K两个工况分别得到燃气轮机的主要输出参数。结果表明：维持燃气轮机输出功率为60 kW时,所需生物质气流量增大,燃烧室出口温度降低,压比增大,压气机耗功减少,机组效率提高;维持燃烧室出口温度为1 145 K,燃料流量增加,引起燃气流量增大,透平的输出功增多,机组输出功率和机组效率增大;燃料初温从300 K升高到700 K,当保持额定输出功率时随着燃料初温上升机组热效率增大;当保持额定燃烧室出口温度时,随着燃料初温上升燃料流量减少,机组输出功率和机组热效率降低。     

基于专利计量的氢燃料电池技术研究

作为未来颠覆性技术的重要技术方向,发展氢燃料电池技术对稳定能源供给、改善能源结构、推动低碳发展、提升国际竞争力和科技创新实力、促进生态文明建设等方面,都具有非常重要的意义。本文在已有研究的基础上,综合运用专利计量、技术生命周期的方法,对氢燃料电池专利从时间序列、技术生命周期、区域分布、技术方向等总体情况进行计量分析。研究发现:氢燃料电池专利数量呈先上升后下降趋势;日本、美国、中国、韩国是氢燃料电池的主要技术来源国;固体聚合物燃料电池、固体聚合物电解质电池、电池隔离器等技术是氢燃料电池技术的主要研究方向;丰田是氢燃料电池专利最主要的申请机构,其相对优势技术依次为燃料电池车(X21-A01J)、牵引电池(X21-B01A)、燃料电池控制(X16-C09)等。     

钠离子在燃料电池中作用机制的研究

文章以镧锶钴铁氧化物(LSCF)-钐掺杂氧化铈(SDC)复合碳酸钠(Na_2CO_3)为电解质,组装固体氧化物燃料电池,分析Na+对电池性能的影响及其作用机制。Na_2CO_3在电解质中以无定形状态存在,起到粘合剂的作用,提高了电解质的气密性。电解质致密的微结构有利于隔绝电池两端的燃料和氧化剂,提高燃料电池性能。LSCF-SDC中掺入Na_2CO_3和NaOH后,燃料电池的输出功率密度峰值分别由未掺杂时的375 mW/cm~2上升到450 mW/cm~2和430 mW/cm~2,说明Na+对燃料电池的性能有着积极的影响。掺入K_2CO_3后燃料电池的输出功率反而降低,说明燃料电池性能的提升来源于Na+,而非CO32-。     

有机朗肯循环系统布置及参数优化对低速柴油机余热利用的影响及经济性分析

利用Aspen Plus建立计算模型,分析运行参数及系统布置形式对有机朗肯循环性能的影响,并以净输出功率和系统所需的总换热面积的比值作为经济性指标分析其经济性。结果表明:蒸发温度、蒸发压力和有机工质流量对有机朗肯循环的净输出功率均有一定的影响,其中改变有机工质流量影响最大,蒸发温度次之;综合考虑经济性和净输出功率,柴油机全负荷下系统在蒸发温度160℃、蒸发压力2.5MPa、有机工质流18kg/s时性能最优。工质流量影响最大且易控制,在不同柴油机运行工况下只需改变有机工质流量就可适应负荷变化,负荷越大回收的能量越多,其净输出功率均占柴油机主机功率的8%左右。添加内回热器使系统热效率提高2.65%,效率提高4.5%,再增加一个低温循环,净输出功率可增加94.90kW。     

氢能发电技术的研究（Ⅰ）——铂碳复合电极材料对离子交换膜燃料电 …

离子交换膜燃料电池是氢能应用开发的重要研究领域。研究了离子交换膜燃料电池用的铂碳复合电极制备工艺和碳材料的选择对燃料电化学性能的影响。研究结果表明,铂碳复合电极的制备工艺对燃料电池放电性能有重要影响,采用刷涂法和物化法制备的铂碳复合电极所组装的燃料电池具有较好的电化学性能。研究结果还发现,复合电极中碳材料的微观结构也是影响燃料电池化学性能的重要因素,碳材料的比表面积越大,燃料电池的放电性能就越好。     

直接碳燃料电池(DCFC)实验研究

直接碳燃料电池是一种高效、清洁的燃料电池技术,其原理是碳和氧气勿需气化和重整而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料利用率约达100%。自行组装了DCFC单体电池,工作温度为500～700℃;该电池采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂;石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂。对不同的电解质、不同的氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究。结果表明,KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为105mA/cm2和0.041W/cm2,开路电压达到0.74V。电流密度为45mA/cm2时,输出电压0.65V,可连续稳定运行20h。提出了热解-直接碳燃料电池联合系统,并以C10H22为例,分析了联合系统发电效率高达76.5%,表明该系统在未来集中式电厂中有很好的应用前景。     

车用氢燃料电池专用空压机

<正>车用氢燃料电池系统主要包括:电堆子系统、氢气供应子系统、空气供应子系统、热管理子系统、水管理子系统等五个子系统。空气供应子系统成本约占燃料电池系统成本的20%,能耗约占燃料电池输出功率的20%～30%。车用氢燃料电池专用空压机是燃料电池空气供应子系统的核心部件,通过对进堆空气进行增压可以提高燃料电池的功率密度和效率。车用氢燃料电池空压机     

关于燃料电池电动汽车能耗计算方法的研究

由于燃料电池电动汽车结构的特殊性,在计算其百公里电能消耗量(简称电耗)时,不同的计算方案结果差异较大,存在不少争议。基于1台全功率型燃料电池乘用车的续航测试数据,探讨了不同计算方案下的电耗结果。结果表明:影响电耗的主要因素为电池充放电效率、充电机效率、燃料电池堆(简称电堆)升压DCDC效率;方案二中的电耗最大,相比其他方案,增加了43%～62%;不同方案下百公里氢气消耗量(简称氢耗)偏差较小,在4%以内;电堆升压DCDC效率对电耗和氢耗结果的影响大于充电机效率。     

运行参数对甲醇重整制氢的热力学特性影响研究

针对以氢气为燃料的动力系统运行条件需求,构建了甲醇重整反应热力学和化学平衡反应体系,以某功率型号燃料电池/燃气轮机(Solid Oxide Fuel Cell/Gas Turbine, SOFC/GT)混合动力系统为研究对象,分析其额定工况、变工况运行时,温度、水碳比和压力对各重整产物分布及产氢率的影响。结果表明:额定运行工况下,重整产物中H_2摩尔分数为49.8%,碳沉积现象消失;在变工况运行时温度对重整反应的热力学特性和化学平衡特性影响较大,当温度为912 K时产氢率达到峰值2.547,当温度为910 K时碳沉积现象消失,当温度高于912 K时不利于H_2的产生;水碳比增加有利于提升产氢率,降低H_2摩尔分数,减少积碳和CO的产生,当水碳比为2时产氢率达到2.48,当水碳比为1.25时碳沉积现象消失;压力对重整结果的影响相对较小,在温度为650～910 K时,降低压力有利于提高产氢率。     

关于直接碳燃料电池燃料碳的探讨

直接碳燃料电池（Direct Carbon Fuel Cell,DCFC）采用碳作为阳极燃料,热效率远高于氢燃料电池,产物二氧化碳无需提纯就可工业应用或隔离存放,具有转化效率高、清洁、燃料适应性广的特点。文中对直接碳燃料电池的燃料碳进行了探讨,系统地分析了碳的结晶紊乱程度、表面含氧官能团、导电性、灰分、硫分、颗粒尺寸、比表面积以及孔结构对电池性能的影响。     

新型燃料电池汽车用交错式结构DC/DC系统研究

为解决电动汽车中氢燃料电池输出纹波大的问题,提出了将交错式直流电压(DC/DC)变换器引入氢燃料电池汽车动力系统的改进方案.以三相交错式Boost变换器为基础拓扑,在输入端加入滤波电感和π型缓冲电路,构造了综合考量的燃料电池输出和DC/DC变换器输入的新型交错式DC/DC变换器结构.结合输入输出双重控制策略,搭建了新型...