氢燃料电池船舶直流综合电力系统研究及应用

研发氢燃料电池船舶是实现航运业零碳排放的可行途径,也是推动造船业转型升级的重要发展方向,但传统的电力系统集成模式逐渐成为制约氢燃料电池船舶产业化应用的关键因素,构建以新能源为主体的船舶新型直流综合电力系统成为解决该问题的突破点。首先,系统梳理了氢燃料电池船舶和船舶综合电力系统的发展概况;其次,以中国第一艘氢燃料电池游艇"蠡湖"号为例,详细介绍了氢燃料电池船舶直流综合电力系统的关键技术及其在实船上的应用;然后,针对不同的航行工况重点分析了氢燃料电池船舶的5种电力驱动模式;最后,结合相关技术和配套设备的研发进程,分析并探讨船用氢燃料电池的局限性、推广可行性及未来的发展方向,期望能为燃料电池船舶的技术创新和工程应用提供参考。     

燃料电池的开发与应用

分析燃料电池的基本原理,调查燃料电池的发展沿革,综合质子交换膜燃料电池在交通工具上的开发现状,并推出燃料电池应用于船舶电力推进的新概念。     

船电委成功举办2005年度学术交流会

2005年6月23日,船舶电工专委会在上海海事大学国际会议中心举办了2005年度学术交流会,主题是“燃料电池的开发及在船舶上的应用”。会议由船电委副主任委员、上海海事大学前副院长李杰仁教授主持,上海海事大学黄允千教授和汤天浩教授分别作“燃料电池的开发及在船舶上的应用”和“船舶电力推进系统的现状和未来”学术报告。出席学术交流会的代表来自船舶、航运、科研、设计、船检及院校等船电委会员单位70余人。     

燃料电池新能源船舶高升压Z源电力推进系统

为了解决船舶排放对环境的污染问题和改善推进电机的控制性能,针对燃料电池动态响应上的不足,提出了以燃料电池为主电源超级电容作为辅助电源的新能源船舶,其推进逆变器采用具有高升压比的Z源逆变器,很小的占空比就可以得到很高的升压能力,同时还减少电容和逆变桥的电压应力。详细研究了新能源船舶的运行模式和工作原理,在此基础上推到了系统小信号数学模型,设计了控制器,通过控制直通占空比和调制因子来控制燃料电池和超级电容的输出功率。在船舶运行时,采用直接转矩方法控制推进电机的速度,燃料电池提供平均功率,超级电容提供瞬态功率且吸收制动功率。最后进行了仿真和试验,从而验证了船舶在电动和再生制动工况运行时控制策略的正确性。     

质子交换膜燃料电池的研究开发及应用新进展

介绍了国内外研究质子交换膜燃料电池的整体现状及水平 ,从电催化剂、膜电极及其制备工艺、质子交换膜以及双极板等几个方面 ,综述了质子交换膜燃料电池在材料及部件方面取得的成绩及研究现状 ,概述了质子交换膜燃料电池目前在电动车、船舶、移动电源等方面的应用情况。提出了我国质子交换膜燃料电池的发展方向     

游船用氢燃料电池和储能电池的优化配置

燃料电池通常与储能电池组构成一个供能系统为电动船舶供电.为了更好地实现船舶燃料电池和储能电池的容量配置,实现系统高效工作,对燃料电池+储能电池系统进行建模,考察储能电池不同荷电状态(SOC)下供能系统的输出性能,对输出数据加以分析优化,用以指导实际工程中电能系统的配置设计.以“德国汉堡航道运营某游船氢燃料电池能量系统”为目标原型,基于Matlab/Simulink建立了仿真验证程序,优化与验证储能电池的选型及配置.经计算,配置530 V/100 Ah容量锂电池组,可满足船舶正常运行负载需求,并制定相应的能量管理策略使燃料电池和储能锂电池均处于高效工作区间.优化配置后的储能电池容量比原设计减少了近70％.     

德国燃料电池在潜艇上的成功应用

德国在常规潜艇中成功地加装了燃料电池AIP系统。这是燃料电池在潜艇上成功的应用实例。介绍了FC／AIP系统的研制背景；介绍了德国燃料电池潜艇的发展历程；分析了燃料电池在潜艇上成功应用的原因。     

日本燃料电池的发展状况

简要地概述了日本燃料电池的发展状况。因燃料电池两电极中均含有贵重金属 (铂 钌 )作催化剂 ,大部分情况需要防止其对一氧化碳的中毒失效。如果含有碱性电解质 ,要考虑除去二氧化碳。碱性燃料电池开发较早 ;高分子电解质燃料电池在家庭及动力电源的应用上取得很大进展 ;磷酸型燃料电池已广泛应用于供电、供热 ;熔融碳酸型燃料电池则非常适合于大规模及高效率的电站应用 ;固体氧化物燃料电池的重点集中于平面基材的研究 ,以降低成本 ,适合大规模生产。在各种燃料电池的研究开发上 ,不单只是利用燃料来发电 ;更重要的是使能源得到合理的充分利用。通过对上述五种燃料电池的性能比较 ,分析了它们今后的发展方向     

燃料电池在航天中的应用

介绍了燃料电池在航天领域中的应用情况.碱性燃料电池已经在航天飞机中成功应用,但存在成本高,寿命短和安全性差等缺点.再生燃料电池通常由质子交换膜燃料电池组成.再生燃料电池 太阳能电池的组合在月球基地、大功率卫星和空间站及近空间飞行器上有很好的应用前景.     

质子交换膜燃料电池加速测试方法研究进展

综述了在开路电压、负载循环、启动与停止、加湿变化等加速测试条件下,质子交换膜燃料电池主要材料的腐蚀机理和性能的衰退。这些测试条件能够加速燃料电池某个元件的性能衰减,从而降低整个燃料电池的寿命。实际燃料电池在汽车上的工作环境是这些条件的综合作用,因此本文介绍了国内普遍应用的几种组合工况,分析了这些组合工况的特点。通过组合工况测试可以对燃料电池的寿命作出一定的评价,但还不能和燃料电池实际车用寿命相对应。     

浅谈我国燃料电池标准化现状

本文介绍了我国燃料电池标准化工作的整体情况,给出了目前我国燃料电池标准体系框架,分析了我国在燃料电池基础、固定式燃料电池发电系统、备用电源系统、便携式燃料电池发电系统、微型燃料电池发电系统、驱动和辅助用燃料电池发电系统等领域的标准化情况,对相应的标准内容做了简单介绍,并进一步提出了我国燃料电池未来的标准化方向。     

燃料电池系统及其应用专辑主编述评

燃料电池因其发电效率高、环境污染小、比能量高和噪音低等优点在未来能源利用上必将占据主要的地位。燃料电池系统是一个非线性、多输入、强耦合的复杂动态系统,本专辑在总结目前研究进展的基础上,对燃料电池精确建模,参数辨识,观测器设计,水管理及系统优化等方面进行了详细的分析。     

流型对固体氧化物燃料电池性能的影响

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一个伴随流动、传热和电化学反应的复杂系统,它的性能在很大程度上取决于电池的系统结构.基于容阻特性建模和分布集总参数方法,在已建立的一维内重整固体氧化物燃料电池数学模型的基础上,分别建立了顺流型和逆流型固体氧化物燃料电池的仿真模型,并比较和分析了燃料电池的稳态分布特性和动态特性.仿真结果表明顺流型固体氧化物燃料电池能更好地满足动力系统性能和安全方面的需求.     

丰田中央研究所研究成功不使用铂催化剂的燃料电池

日本丰田中央研究所在夏威夷举行的电气化学国际学会上公布了燃料电池催化剂使用以钴为中心的有机复合体的新材料，使燃料电池的催化剂不再使用稀有金属铂，燃料电池的成本有望降低。该研究成果适用于燃料电池的空气电极。     

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,     

燃料电池标准助推我国新能源产业发展

在国家各项鼓励和扶持政策的带动下,我国的新能源产业发展已驶入快车道,燃料电池尤其车用燃料电池作为新能源产业的一个亮点,建立和完善相应的国家标准有着至关重要的作用,燃料电池尤其车用燃料电池国家标准的出台与实施势必在更大程度上助推我国新能源产业的发展。     

动力型锂离子电池与燃料电池发展现状与展望

通过不同的方面对动力型锂离子电池和燃料电池进行了对比。原理上,锂离子电池是一种储能装置,而燃料电池是一种发电装置;在能量密度和寿命方面,燃料电池优于锂离子电池;在成本方面,燃料电池比锂离子电池成本高。在安全性与法规方面,燃料电池和锂离子电池均能满足使用需求,但是燃料电池法规相对落后,待进一步完善;在应用前景方面,短期锂离子电池比燃料电池更适用,长期燃料电池比锂离子电池更有发展前景。     

5kW燃料电池分布式并网发电系统

本文介绍了一个5kW质子交换膜燃料电池分布式并网发电系统,包括系统的结构、燃料电池特性、变换器控制、并网逆变控制、能量管理等。最后介绍了实验样机上的实验结果。     

燃料电池电力变换器的低频纹波电流抑制策略

燃料电池电力变换器通常包括直 — 直及直 — 交2级变换器,而直 — 交变换器通常会产生2倍于输出频率的纹波电流并反向传播到燃料电池输出端。低频纹波电流会造成燃料电池系统的燃料浪费,减小电力变换器的输出能力,更重要的是减少燃料电池堆寿命,所以必须得到有效抑制。文中论述了燃料电池电力变换器纹波电流产生的机理及传播途径。在此基础上提出了一种能有效抑制电流纹波的新型控制器,并应用在一个1.2 kW的质子交换膜燃料电池电力变换器样机上。实验证明该控制器能有效抑制电流纹波产生,并实现了电力变换器的指令电流控制。     

美国能源部定位燃料电池市场目标

据美国能源部燃料电池项目规划指出,目前市场上有50多个商业化的氢和燃料电池产品。全球燃料电池的市场份额在2009年增长到4.98亿美元。2009年,燃料电池的出货量大约为15 000个,与2008年相比,增长超过40%(如果便携式教学用电池也计算在内,那么总的出货量将超过24 000个)。2009年,固定型燃料电池出货量翻番至9 000个。目前,美国已经生产了900万吨的氢气,并铺设了1 200英里的输气管道。