基于LMS AMESim的车用燃料电池-锂离子动力电池混合动力系统能量管理仿真

基于20 k W燃料电池电堆及燃料电池测试系统,获得燃料电池极化曲线及氢气消耗量曲线;基于锂离子动力电池充放电系统,获得锂离子动力电池输出电压曲线。将试验所得数据导入到LMS AMESim软件中,分别构建燃料电池及锂离子动力电池模块,同时,构建仿真平台其他所需模块并搭建DC/DC变换器模型,建立燃料电池-锂离子动力电池混合的动力系统仿真平台。依据不同动力源的各自特点,引入能量控制策略,对该混合动力系统进行模拟仿真。在所选定新欧洲驾驶循环(new European driving cycle,NEDC)工况下仿真结果表明,该混合动力系统可以满足车辆在所选定工况下的动力需求。DC/DC变换器可提升并稳定燃料电池输出电压跟随母线电压,并通过对电流的分配进行功率在不同动力源之间的分配;燃料电池输出功率在合理范围之内,并取消燃料电池在低功率下的工况,从而保护燃料电池,延长其使用寿命;锂离子动力电池荷电状态(state of charge,SOC)始终保持在合理范围内,未出现过充或过放情况。研究结果可为搭建混合动力试验平台及整车搭载匹配提供理论依据及参考。     

千瓦级燃料电池备用电源系统设计与集成

针对通信基站备电需求,设计开发出5 k W燃料电池备用电源系统以及高性能电池堆、DC/DC功率变换器、智能控制器等核心模块。经过3 200 h寿命测试,燃料电池性能衰减率为0.06 V/kh,预计可在通信基站应用环境使用20年。     

燃料电池用新型高升压比DC/DC变换器

由于燃料电池发电系统的输出特性偏软,大功率DC/DC变换器是其必不可少的零部件之一。提出了一种新型高升压比的升降压DC/DC变换器,它由buck电路和一种多级自主升压boost电路组成。该变换器可在宽范围输入的条件下达到稳压输出,实现低占空比升压,降低了开关管的导通损耗,可有效提高效率。新型电路实际应用于自主研发的大功率单向DC/DC变换器中,取得了良好的效果。     

燃料电池汽车车载DC/DC变结构控制研究

在介绍DC/DC变换器基本原理的基础上,针对燃料电池特定系统的设计,建立了燃料电池电动汽车车载DC/DC变换器的数学模型.在模型分析的基础上,提出了符合特性的DC/DC变换器滑模变结构控制方案.并用Matlab软件对所设计的控制系统进行了仿真实验,仿真结果证明了理论分析和计算的正确性.     

燃料电池车用新型低纹波DC/DC变换器设计

为解决目前车用DC/DC变换器存在的输入电流纹波大会造成燃料电池耐久性严重下降的问题,提出一种新型低输入电流纹波的DC/DC变换器构型。该构型是在交错式Boost型电路的基础上引入输入滤波电感,具有有效降低DC/DC变换器的输入电流纹波的特点,但在对该结构进行综合分析过程中发现系统易发生振荡,因此对系统传递函数进行深入分析,提出了相应的控制模式,有效解决了系统的振荡问题。同时,通过仿真和实验对比了有无输入滤波电感的DC/DC变换器的输入电流纹波情况。实验结果表明:在DC/DC变换器的全部输出功率范围内,可以将其输入电流纹波系数控制在1%以内,保证了燃料电池的输出电流的平稳性,延长了燃料电池的使用寿命。     

燃料电池混合动力系统输出功率跟随研究

为提高燃料电池混合动力系统功率输出的动态特性,并提高其经济性,在基于DC/DC变换器微分平坦控制的基础上提出了基于高效率功率跟随的混合能量管理策略,建立了包括燃料电池、锂电池、DC/DC变换器和负载等部件的数学模型,并进行了仿真实验。研究结果表明:基于微分平坦控制的DC/DC变换器控制方法能够改善系统的动态响应,修正后的电池的荷电状态(SOC)维持且接近期望SOC值;燃料电池的高效率功率跟随控制策略可以实现系统功率的合理分配,使得混合动力系统可以更安全、高效地运行。     

一种燃料电池功率调节器的建模与控制

燃料电池发电因其高效环保越来越受到社会各界的关注,但其输出电压范围宽、特性偏软,必须借助于大功率DC／DC变换器作为输出功率调节环节。通过分析燃料电池发电系统中的功率分配原理,引入蓄电池二阶RC等效电路,从输出功率的角度对调节器进行建模并设计了相应的控制器,通过在Matlab中仿真和制作样机试验,均取得了良好的效果,结果证明了设计的合理性。     

燃料电池空气供给系统中冷器建模仿真及实验测试分析

为研究氢燃料电池空气供给系统空气控制策略实现燃料电池电堆入口空气温度的控制以及降低寄生功率。针对某公司实际燃料电池空气供给系统中冷器进行了建模,在Matlab/Simulink平台上进行仿真,并用实际测试数据进行验证。通过实验分析不同因素对中冷器出口空气温度的影响。结果表明:1)所建立空气系统模型仿真与测试数据相吻合,具有可靠性。2)入口空气温度和流量以及中冷器冷却液流量与温度对中冷器出口空气温度有较大影响。3)当冷却液在某一流量时,可以达到最好散热性能,使中冷器效率最高并且使换热系统所消耗的功率最小。     

考虑氢负荷响应的化工园区电-氢耦合系统协同优化调度

为解决新能源大规模发展下日益严重的弃风弃光现象,中国很多城市及园区开始广泛使用电解水制氢作为消纳新能源的一种有效途径,随之产生了越来越多的电-氢耦合系统,本文以化工园区为例,提出了考虑氢负荷响应的园区级电-氢耦合系统协同优化调度方法。首先,以实际绿氢绿氨工业园区为基础,提出了典型园区级电-氢耦合系统架构,并从系统的源-网-荷-储各角度建立了包括煤制氢、电解水制氢、储氢罐、氢制氨、氢燃料发电机与输氢管网的化工园区电-氢耦合系统模型。其次,以实现园区整体效益最大为目标,并在目标函数中加入弃风弃光惩罚项,同时考虑氢负荷的需求侧响应,使氢制氨作为园区内可灵活调节的资源,基于此进行化工园区电-氢耦合系统协同优化调度。为验证本文所提出优化调度方法的经济性及优越性,对比分析了3种不同运行场景下的优化调度结果。结果表明,电解槽与氢燃料发电机通过跟踪园区内的电源与电负荷的变化情况,实时调整自身出力功率,在保证园区电量平衡的前提下减少与外界的电力交易,减少园区购电成本与弃风弃光,同时,考虑氢制氨的需求侧响应可以在保证经济效益的前提下,进一步减少弃风弃光、降低园区整体运行成本。     

NH3杂质对HT-PEM燃料电池性能的影响

目的研究氢燃料中存在NH3杂质时对高温质子交换膜燃料电池的影响.方法使用燃料电池测试系统测试了HT-PEM燃料电池的极化曲线和交流阻抗图谱,采用等效电路法获得了HT-PEM燃料电池的等效电路元件,并对被NH3毒化后的电池催化剂层进行了电子显微扫描,分析了氢燃料中NH3质量浓度、电池温度和使用时间对HT-PEM燃料电池性能的影响.结果氢燃料中NH3的存在改变了电池电极电化学反应界面的结构,阻碍了质子的传递,导致电池性能下降,并且被NH3毒化后HT-PEM燃料电池再通入纯净氢气后电池性能仍继续下降.结论氢燃料中的NH3对HT-PEM燃料电池有很强的毒化作用,主要体现在降低了电池电极电化学反应界面,同时,被NH3毒化后HT-PEM燃料电池性能很难恢复,这种损害是不可逆的.     

直流输电系统暂态谐波分析

本文进一步发展和完善了作者开发的交直流(AC/DC)系统通用数字仿真程序,并在此基础上应用快速傅立叶变换(FFT)方法开发了AC/DC系统谐波分析程序。该程序既可分析稳态谐波,又可分析各种复杂条件下的暂态谐波。针对某一实际直流输电系统在交流不对称故障时的暂态谐波特性进行了示例性分析计算.     

燃料电池/蓄电池混合动力汽车能量管理系统研究

为合理分配燃料电池/蓄电池电源投入的功率及很好地保护蓄电池,本文利用Matlab/Simulink搭建了燃料电池/蓄电池混合动力汽车整车系统模型,并基于燃料电池系统的功率效率曲线,设计了其能量管理系统(energy management system,EMS),根据蓄电池的荷电状态(state of charge,SOC)和负载需求功率分为14种状态,以此确定燃料电池系统的输出参考功率,在合理保护蓄电池的同时,尽可能地提高燃料电池系统的输出效率。为测试该能量管理系统对燃料经济性的改善程度,本文在Matlab/Simulink环境下进行仿真模拟。仿真结果表明,与基于功率追踪的EMS相比,本文提出的EMS蓄电池储存的电能更高,可以有效地减少氢气的消耗,同时使蓄电池的SOC保持在合理区域,使混合动力汽车具有更好的经济性和安全性。该研究具有重要的经济实用价值。     

半桥双向DC/DC变换统一控制分析与实现

以半桥DC/DC变换为核心电路,将Boost和Buck电路结合形成双向DC/DC变换器,实现电池的充放电功能。用TMS320F28335型号的DSP控制芯片产生互补PWM波,控制半桥电路中的开关管,实现同步整流。同时,通过霍尔采集电路采集DC/DC电路两端的电压和电流并送入DSP芯片做PI调节,从而控制PWM波的占空比,实现恒压充放电。通过MATLAB/Simulink仿真并搭建硬件平台,验证了该系统的可行性。     

产电微生物耦合光电催化燃料电池去除RhB研究

针对染料废水净化问题,制得光催化材料MoS_2,并负载于碳刷上作为阴极,产电微生物作为阳极,构建产电微生物耦合光催化燃料电池系统,降解染料废水罗丹明B(RhB)的同时产生电能.通过调节光催化剂的负载量、电解质浓度、RhB浓度和光照条件等探究污染物的最佳降解条件.研究发现,电极负载0.1g MoS2且Na_2SO_4浓度为0.3mol/L时,10mg/L的RhB在黑暗条件下降解率可达99%.产电微生物耦合光催化燃料电池系统可不利用外加光源降解污染物,且降解过程中能够产生电能.     

熔融碳酸盐燃料电池总能系统的热力学分析

燃料电池是将燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电能的电化学发电装置.通过将高温燃料电池的排气作为吸收式制冷机的驱动热源，提出了一个由高温燃料电池（MCFC）和吸收式制冷机等组成的冷热电联产系统，该系统在提供电能的同时，还可为建筑物等用户夏季供冷和冬季供热.该系统的能量和癆平衡分析结果表明系统总的燃料利用率可达86%以上，癆损失最大值发生在燃料电池子系统.     

基于超级电容器储能系统的双向DC/DC变换器拓扑设计与研究

为了满足超级电容器储能系统在实际应用中输出电压的精确调节以及超级电容器组充放电过程中端电压宽范围变化的要求,同时追求储能系统的高效率、高功率密度和高可靠性,提出了一种新颖的级联双向Buck/Boost-LLC DC/DC变换器拓扑,并通过主开关器件热学仿真和损耗的理论计算对比分析了系统效率,结果表明,该拓扑结构新颖,能够全负载范围内实现软开关,大大降低了功率变换器的开关损耗,提高了储能系统的工作效率和功率密度。最后基于IP发射机中超级电容器储能系统的实际应用进行了实验研究,实验结果验证了该拓扑的可行性和优越性。     

我国研制世界首列氢能源有轨电车下线

<正>世界首列氢能源有轨电车在青岛下线。其问世填补了氢能源在全球有轨电车领域应用的空白,也使我国成为世界上首个掌握氢能源有轨电车技术的国家。据介绍,该氢能源有轨电车由南车青岛四方机车车辆股份有限公司生产,采用氢燃料电池作为动力源.其功能相当于一个"发电机组",即在车载氢燃料电池堆里,通过氢和氧相结合的化学反应产生电流,源源不断地输送电能,驱动有轨电车。据了解,氢燃料电池具有高效、高能量密度等突     

绝缘子监测系统中的光伏充放电控制器设计

运用光伏发电,给绝缘子在线检测系统提供电源,经过检测蓄电池的状态,通过DC/DC、电压电流调节反馈电路来控制对蓄电池的充放电.并完成蓄电池的防雷击保护、防蓄电池过充和过放保护、防反接保护.通过实验仿真分析,满足实际要求.     

燃料电池混合动力汽车可调双向DC/DC变换器设计

双向DC/DC变换器作为燃料电池汽车的关键部件之一,在动力部分的能量转换中扮演着重要角色,对于整车的能量分配和管理有重要的作用.基于燃料电池汽车对双向DC/DC变换器的要求,设计电流/电压可调双向Buck/Boost变换器拓扑电路,分析其工作原理,对电路的元器件进行了参数计算和选型,并设计了其控制电路及制作了1 600 W的样机.实验结果表明:该变换器具有输出电压/电流可调节、控制精度高、响应速度快、效率高等特点.     

超级电容器储能动态电压恢复器的仿真研究

在建立基于等效电路的超级电容器储能系统的数学模型基础上,设计了一种超级电容器储能的动态电压恢复器(DVR).该恢复器以超级电容器为直流储能单元,采用3个单相全桥式电压型变换器进行前馈补偿控制,半桥式电压型双向DC/DC变换器进行双闭环反馈控制,使得对电压骤升也具有抑制作用.应用Matlab软件进行仿真分析,验证了DVR拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性.