燃料电池集成供电系统的能量管理策略*

针对燃料电池挂网运行时动态响应慢、输出电压随功率增大而快速下降、冷启动困难等缺点,提出一种基于燃料电池功率软特性的能量管理策略,有效解决了燃料电池功率特性软的问题,实现了系统功率的合理优化分配.建立了燃料电池集成供电系统的试验平台,试验结果验证了能量管理策略的有效性.     

燃料电池实时电阻匹配最大功率跟踪法

燃料电池单位功率投资成本高,且寿命有限,为充分发挥系统效能,需采用最大功率点跟踪（maximum power pointtracking,MPPT）控制使其连续稳定地向负载输出最大功率。该文利用燃料电池特有的物理特性和电气特性,提出一种通过检测燃料电池输出电压、电流,实时计算内阻,根据电阻匹配的最大功率传输理论,实现燃料电池MPPT算法。若由于工作条件突变,最大功率点（maximumpowerpoint,MPP）超出了燃料电池外特性的欧姆线性区,则采取自适应变步长追踪MPP。同时,该文还采用固定步长确定新MPP方向与自适应变步长追踪新MPP相结合,实现此MPPT方法对环境的自适应能力以及解决追踪精度和速度之间的矛盾。此方法能够简单而准确地跟踪具有各种外特性的燃料电池MPP,且在稳态下不存在功率波动。最后,在燃料电池／超级电容混合能量系统上,实验验证了理论分析的正确性。     

燃料电池输出匹配网络设计方法

论文着眼于燃料电池输出匹配网络理论与综合设计方法的研究。首先分析了燃料电池与负载的特性,并从静态和动态性能两个方面给出了匹配网络的要求。然后通过对几种典型电路网络的特性分析,提出了利用开关变换网络结合占空比控制设计以解决燃料电池与负载的匹配问题的思想。根据这一思路,从动态和静态特性要求出发探讨了匹配网络的综合设计,并给...     

基于车载用燃料电池直流变换器的研究及应用

通过对燃料电池的特性及碳化硅(Si C)功率器件分析,研究适合车载用的高效率和高可靠性的燃料电池专用Boost变换器。通过对变换器的拓扑结构的优化、效率的提升及控制方法改进等方面研究,设计了一款电压变换比大的适合燃料电池运行要求的高效及可靠运行的变换器。试验样机测试证明,该变换器具有良好的动态和稳态控制特性、效率高,可实现燃料电池的稳定输出运行,有效保护了燃料电池,进一步延长了燃料电池寿命。     

新世纪能源之星--燃料电池--希望与挑战

介绍了燃料电池的主要种类、工作原理、基本特点、应用领域、研究现状和存在的主要问题等,展望了燃料电池的发展前景和面临的挑战。燃料电池面临的主要挑战是制造成本、寿命、可靠性、比功率及效率等,其中成本是最重要的指标。燃料电池是一门学科交叉很强的应用技术研究, 它涉及到电化学、材料科学、材料加工技术、固体力学、流体力学、密封技术、控制工程、结构优化设计等诸多学科的问题,各个学科人才的相互协调和配合是燃料电池能真正从实验室走向市场的关键问题之一。     

燃料电池车用大功率DC-DC变换器复合输入输出特性控制系统

燃料电池电动汽车是一种新兴的清洁能源汽车,针对燃料电池电动汽车用DC-DC变换器复杂的输入输出特性的要求,在输出恒压、输出恒流和输入欠压3闭环系统的基础上,通过增加复合自动控制器、动态选择控制特性调节信号的方法,设计一种复合输入输出特性控制方法。建立了该复合控制系统的数学模型,并详细分析其工作原理,用Simulink软件对该模型进行仿真,通过实验对该模型进行验证。仿真和实验结果验证了控制系统的有效性和实验的可行性。该方法实现了燃料电池电动汽车对DC-DC变换器输入输出外特性控制,并在所研制90 kW 升压型DC-DC变换器中得到应用,运行工作可靠。     

面向负荷的光伏电池和燃料电池建模及其等效描述

为研究光伏电池(photovoltaic cell,PV)和燃料电池(fuel cell,FC)对配网侧综合负荷特性的影响,构建了PV和FC发电系统并研究了各功能模块的模型和并网控制策略;通过分析PV和FC的稳态特性和并网控制外特性,提出了PV和FC发电系统恒功率控制的电压源等效描述模型。实例仿真结果表明,恒功率控制的电压源能等效描述PV和FC发电系统的拟负荷外特性。基于此,提出了感应电动机并联静态负荷和直流分布式电源的广义综合负荷模型结构。     

质子交换膜和直接甲醇燃料电池研究进展

介绍质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)的一些国内外新进展,简述这两类电池存在的主要问题及关键技术.对发展聚合物膜燃料电池提出了建议.     

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.     

PEM燃料电池零下低温启动研究现状

目前质子交换膜燃料电池的零下低温启动问题仍是制约其大范围推广的一个重要原因.本文主要阐述了质子交换膜燃料电池的低温启动过程水热机理,分析了当前低温启动工况水热性能研究的主要方向:电池结构设计、冷启动操作参数和冷启动策略,对质子交换膜燃料电池的低温行为特性及低温损伤研究现状进行概述总结,并对未来低温启动的研究方向提出建议.     

Design of a fuel cell generation system using a PEMFC simulator

In this paper, a PCS (power conditioner system) design for a fuel cell generation system has been proposed. In order to analyze the dynamic performance of the PCS, a fuel cell stack simulator is also designed, which can consider the dynamic V–I characteristics of the PEMFC (proton exchange membrane fuel cell). First, we explain the PCS design for a fuel cell generation system in detail along with the system configuration and operational principle of the developed PEMFC simulator that has been investigated. In addition, we cover the validity of the proposed system that has been verified by informative simulation and experimental results.     

质子交换膜燃料电池模拟器的建模与控制

燃料电池是极具吸引力的新能源之一,但它在化学反应中存在极化现象,输出特性不稳定.搭建了一种质子交换膜燃料电池的仿真器,用于在无实际燃料电池的情况下取代燃料电池,进行相关的优化控制实验.实验表明,该仿真器的输出特性与实际燃料电池的输出特性非常逼近.用其取代燃料电池进行优化控制实验是可行的,为进行燃料电池供电系统的能量管理、控制和优化提供了有利帮助.     

100kW燃料电池发电系统水热模块设计与模拟

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)在分布式发电领域具有广泛的应用前景,不仅能够为小范围区域提供电力,还可以利用燃料电池发电过程中产生的热量对外供热。本文以100 k W燃料电池发电系统为研究对象,对系统中电池堆、功率变换器、控制器、辅助部件等模块的功能和参数进行了设计,重点对系统的水热模块进行了模拟,研究了电堆进气相对湿度(RH)、操作温度、操作压力、冷却温度对系统水热平衡的影响。     

PEMFC电源系统及应用前景

阐述了PEMFC工作原理及其电源系统构成。在介绍PEMFC在各领域广泛应用的同时,从电池主要材料和氢源技术两个方面进行了分析,提出了PEMFC发展中所要解决的问题。     

Comparative evaluation of different power management strategies of a stand-alone PV/Wind/PEMFC hybrid power system

This study presents different power management strategies of a stand-alone hybrid power system. The system consists of three power generation systems, photovoltaic (PV) panels, a wind turbine and a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). PV and wind turbine is the main supply for the system, and the fuel cell performs as a backup power source. Therefore, continuous energy supply needs energy storing devices. In this proposed hybrid system, gel batteries are used. The state of charge (SOC), charge-discharge currents are affecting the battery energy efficiency. In this study, the battery energy efficiency is evaluated with three different power management strategies. The control algorithm is using Matlab-Simulink®.     

10kW PEMFC动态系统建模与控制

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态系统为研究对象。首先将质子交换膜燃料电池划分为氢气动态模型、空气动态模型、电化学电压模型和温度动态模型四部分建模;其次根据系统运行要求设计控制策略:氧气化学计量比前馈控制,阴极和阳极压力差PID控制和温度滑模控制;最后应用所建立的模型和控制策略对10 kW质子交换膜燃料电池进行仿真运行分析,结果证明所设计的系统能模拟PEMFC动态系统运行。     

一种考虑催化层结构参数的PEMFC气相模型

质子交换膜燃料电池的结构设计对燃料电池车的开发具有重要意义。目前的电池模型通常把催化层简化成一层薄膜,作为边界条件使用,无法分析催化层结构对电池性能的影响。建立了考虑催化层结构参数的一维气相模型,通过有限元法研究电池内部的流场和电场分布。仿真结果和实验符合良好。分析指出扩散层的孔隙率对电池性能影响较大,应高于0.3,催化层的孔隙率对电池性能影响较小。在催化剂载量不变的情况下,催化层厚度应为10~20 mm。     

单电源燃料电池电动车的设计与控制研究

采用质子交换膜燃料电池(PEM FC)与人力相结合的动力系统,设计出一种仅由PEM FC供电的电动车。该系统针对PEM FC在电动车启动、爬坡时输出功率不能很好满足车辆要求的特性,采用人力补偿及合理的控制策略使PEM FC在高效率下运行,克服PEM FC作为独立电源供电的不足。理论分析和实物运行结果表明,该系统具有较高的能量效率和良好的运行稳定性。     

质子交换膜燃料电池电气性能实验及建模研究

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是很有前景的新型电动车动力电源 ,而电动汽车对动力电源的性能尤其是动态性能有较高要求。针对电动汽车动力系统的需求 ,采用在LABVIEW平台上开发的便携式测试系统对PEMFC实验系统在不同温度下的电压 电流特性、动态性能、过载能力、起动特性等电气性能进行了测试。实验结果表明 ,受试PEMFC系统在宽温度范围内均可输出额定功率 ,并有较快的动态响应速度。在实验基础上 ,采用最小二乘曲线拟合的方式 (部分借助MATLAB的IdentificationToolbox)建立了简便实用易于实现的PEMFC系统电气物理模型 ,着重考虑了电池温度及负载工况变化时电池系统的静态和动态性能。仿真结果表明 ,模型可以较好地描述PEMFC电池系统的电气特性尤其是动态响应特性 ,可为PEMFC电池系统及管理系统设计、优化和驱动系统设计提供参考。     

适用于质子交换膜燃料电池的数字电源研究

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作方式,并针对其输出特性偏软、电压偏低的特点,详细介绍利用数字化DC/DC变换器和DC/AC逆变器改善燃料电池输出特性,提高输出电压的方法。设计了基于AT89S51控制器的控制系统硬件电路平台,将燃料电池转换成稳定可控并可提供多电平-交/直电流的多用途数字电源。