典型船舶燃料电池推进系统研究

为拓展燃料电池在船舶领域内的应用,针对船用燃料电池电力推进系统进行相关研究。首先,根据船舶的工作环境及船舶的运行工况,选择了厦门地区运营的新型太阳能混合动力游览船作为典型船舶。其次,根据相关母型船的海试以及燃料电池的工作特性,确定了改造后电力推进系统的能量管理策略。最后,基于MATLAB/Simulink建立燃料电池船舶仿真试验平台,验证该系统的可行性。仿真结果显示,燃料电池的输出功率能够分别维持在2 k W和3.6 k W的2个功率点,满足能量管理策略要求,在理论上验证了燃料电池可作为小型船舶的动力源。     

燃料电池-锂电池混合动力船舶的能量管理优化

燃料电池-锂电池混合动力船舶的动力源是由燃料电池作为主电源,锂电池为辅助电源。对混合动力系统采用能量管理策略(EMS)进行研究,分配每个电源的输出功率。为了提高氢燃料经济性和系统寿命,提出一种基于功率解耦的外部能效最大化策略进行建模仿真分析,并与双闭环PI控制策略和外部能效最大化策略(EEMS)进行对比,以验证其有效性。结果表明,本文提出的策略能够满足船舶典型工况下的功率需求,并有效降低氢燃料消耗,提高锂电池的利用率,从而利用混合动力系统的特点提高了氢燃料经济性,也使整个系统能够总体高效运行。     

电力推进船舶的锂电池应用

对用作动力源的锂电池进行了参数分析,并开展锂电池在电力推进船舶的应用实例研究。详细介绍了实例船的推进模式、推进系统方案、动力锂电池组作业方式、动力锂电池系统的设计与布置安装及试验,为电力推进船舶的锂电池应用提供借鉴与参考。     

船用燃料电池混合供电系统仿真与分析

针对船用燃料电池的供电问题,提出一种混合供电系统。建立以质子交换膜燃料电池堆(Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack, PEMFCs)为主,锂电池和超级电容(Ultra-Capacitor, UC)为辅的能源组成结构,构建PEMFCs-B-UC混合供电系统仿真模型,采用经典比例积分(Proportional Integral, PI)控制策略优化多源混合系统性能,合理分配能量功率。结果表明:PEMFCs-B-UC混合供电系统可通过能量管理策略实现各动力源之间的动态特性互补和协同响应,锂电池和超级电容迅速充、放电,可避免PEMFCs功率输出发生突变,满足在不同工况下船舶负载功率动态变化需求。     

船舶混合电力推进系统设计及优化控制仿真

为改善带有储能系统的混合电力船舶推进系统能效,提出一种适用于混合电力推进船舶的控制策略,以锂电池组的荷电状态为状态参数,根据不同电力负荷下的负载变化趋势和柴油发电机组的最佳燃油消耗率曲线,实现多台组网工况下的最佳增减机控制及单台在网工况下的最佳负荷调整。仿真验证表明,通过控制在网发电机组台数及单台发电机组功率负荷,可以降低船舶混合电力推进系统的燃油消耗,改善柴油机工作效率。     

燃料电池锂电池混合动力船舶建模与仿真

全电动绿色船舶除了使用电力,还越来越多地采用替代能源,如燃料电池、太阳能电池等。本文建立船舶混合动力推进系统,采用燃料电池和锂电池并联作为混合动力。在功率不足时,锂电池提供额外的功率以满足负载需求。为了模型比较贴合实际,使用真实数据对混合动力系统的子部件进行建模,生成Simulink模型并进行仿真。     

串联式混合动力船舶能源系统运行模式切换策略

为了解决内河电力推进船舶混合动力能源系统运行模式的切换控制问题,以动力电池剩余电量、电池工作温度以及船舶电力推进需求功率作为特征因素,以混合动力能源系统运行模式作为决断输出,建立了基于模糊综合评判方法的船舶混合能源系统运行模式切换控制模型及其控制策略。以实验室的船舶航行工况数据作为试验仿真环境,结果表明,这种方法能够智能地自动切换运行模式,实现了电力推进船舶混合动力能源系统的优化管理,同时能够保证动力电池的工作性能,延长电池寿命。     

混合动力船舶的建模与能量管理

考虑到能源和环境的问题日益突出,开发低能耗、低排放的绿色船舶成为当今船舶工业的首要任务。设计混合动力船舶电力推进系统的架构,采用光伏电池和燃料电池等清洁能源与柴油发电机混合动力驱动船舶,加上蓄电池作为储能元件对多余的功率的吸收或缺少功率的补充。并且使用能量管理中心对其进行调度管理。     

能量管理策略在混合动力船舶上的应用

混合动力船舶电力推进系统是指引入蓄电池和超级电容联合为船舶电力系统供电的船舶电力系统,燃料电池、蓄电池和超级电容的引入能够有效降低船舶电力系统的能源消耗,提高船舶电力系统的供电能力。本文结合蓄电池和超级电容的工作原理,建立了混合动力船舶电力推进系统数字仿真系统,研究船舶电力系统复杂工况下运行的可靠性。通过比较有限状态机控制策略(SMCS)和等效燃料消耗最小控制策略(ECMS),对混合动力船舶电力推进系统进行控制,结果表明:ECMS控制策略耗能最少,总效率最高,有效提高了船舶运行的经济性。     

船舶并联式气电混合动力系统能量效率分析

为提高船舶系统能效,提出一种船舶并联式气电混合动力系统方案,在Simulink平台上建立系统的仿真模型。结合实例对蓄电池的储能效率进行分析,得到该系统在E3循环、不同功率比下天然气发动机的燃气消耗和电动机的效率,从部件效率、总能量效率和总能量效率提升率3个方面对系统能量效率进行研究。结果表明,该系统在转速100%、功率100%和转速91%、功率75%工况下机械推进模式能量效率高,在转速80%、功率50%工况下电力推进模式能量效率高,在转速63%、功率25%工况下大功率比并联推进模式和电力推进模式能量效率高。     

混合动力船舶能量管理控制策略设计与仿真

为了提高船舶的能源利用效率,降低排放,采用柴油发电机和燃料电池组成的混合动力为船舶提供电能,其中发动机为船舶提供基础载荷,当船舶功率负荷需求大于基础载荷时则由燃料电池组提供剩余的功率。针对这样的混合动力系统,设计船舶的能量管理系统的逻辑门限值控制策略和PID控制器。仿真结果表明,采用这种混合动力结构的船舶,可以提高柴油机的运行效率,所设计的PID控制器能很好地满足船舶的功率需求,提高系统的稳定性。     

Energy efficiency optimization analysis of fuel cell/lithium battery hybrid ship based on whale optimization algorithm北大核心CSCD

[目的]为提升船舶的能源利用率,对多因素影响下的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化方法进行分析。[方法]基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的能效仿真模型,研究通航环境要素对船舶能效的影响。考虑动力源特性和船舶功率需求,提出基于模糊逻辑的功率分配策略,以优化系统能量流动。然后在此基础上,以系统总能耗最低为优化目标,建立考虑多因素的船舶航速非线性优化模型,采用鲸鱼优化算法开展优化模型动态寻优,并进行不同航行方法和航行时间约束下的能效优化分析。[结果]结果显示,在总航行时间不变的情况下,采用所提的考虑多因素的船舶能效优化方法可以降低船舶5.04%的总能耗和13.16%的燃料电池氢气总消耗。[结论]所述方法对船舶节能减排具有积极的作用,同时对提高船舶续航力和经济性具有重要意义。     

小型船舶绿色动力电池推进系统研究设计

针对柴油机电力推进船舶存在废气和油污问题,研究设计了以动力电池为动力源的小型船舶电力推进系统。分析和比较了不同类型动力源的性能特点,提出了以动力电池为动力源的推进系统的总体方案。介绍了电池容量的计算方法,研究设计了电池管理系统、推进监控系统等核心单元的硬件结构与功能要求。     

典型工况下的燃料电池船舶复合储能系统设计

针对燃料电池船的电能质量品质不高、蓄电池使用寿命短等问题,设计了由超级电容、磷酸铁锂电池组成的复合储能系统,并提出了基于功率分流式的能量管理策略。在MATLAB/Simulink环境下建立系统仿真模型,并采用自适应粒子群算法调用仿真模型,对复合储能系统的容量配置与能量管理策略的参数进行联合优化。仿真结果表明：优化后的复合储能系统可以满足船舶典型工况需求,并且能够缓冲负载波动对燃料电池与磷酸铁锂电池的冲击,使燃料电池工作在高效率区间,机动工况下船舶能量效率提高了3.17%；磷酸铁锂电池的充放电过程得到优化,能延长其使用寿命；母线电压波动减小,提高了电能质量。     

混合动力船舶动力装置及能量管理研究综述

随着大功率电机技术、电力电子转换技术和电力存储技术的发展,混合动力推进成为提高船舶燃油效率、减少排放、提高安全性和冗余的良好选择。本文结合国内外混合动力船舶的发展状况,阐述了混合动力船舶动力装置的构架和工作模式,分析了混合动力船舶能量管理的研究现状,提出混合动力船舶电气化、智能化、大型化、民用化的发展方向。     

CCS助力行业低碳转型提速

<正>近日,中国船级社（CCS）为中国船舶集团公司第七一二研究所（简称“七一二所”）签发了国内首张船用氢燃料电池发电系统船用产品证书。上述船用氢燃料电池发电系统将用于中国长江电力股份有限公司“三峡氢舟1”号公务船,该船是国内首艘按照CCS《船舶应用燃料电池发电装置指南》要求进行设计的氢燃料电池动力公务船,也是国内首艘入级CCS的氢燃料电池动力船舶。     

基于ARM的混合动力船舶的能量管理系统研究

当前船舶柴油发电系统给海洋环境造成了巨大危害,发展新型船舶动力系统迫在眉睫。我国的光伏发电技术已经发展的较为成熟,使用光伏发电系统和柴油发电系统的混合动力船舶是未来的发展趋势,能够有效解决太阳能发电动力续航不够的问题。本文提出一种基于ARM的混合动力船舶能量管理系统,能够实现船舶在不同状况下的能量切换,提升电力使用效率,保证船舶航行的动力供应。本文设计的系统具有低功耗和稳定性好的优点,有效降低了船舶对于大气的污染,具有很大的推广价值。     

船舶交直流组网配电功率管理系统设计

为了降低船舶能源消耗及避免全船失电,以某双燃料化学品船的交直流组网功率管理系统为研究对象,对典型的工况进行研究。详细分析了锂电池组在交直流组网系统中不同工况下的功能,并结合简易的模式转换模型,分析了模式间转换时功率模块的设定参数变化。结果表明：交直流组网功率管理系统设计紧贴船舶实际运营工况,且锂电池组的削峰填谷功能可以有效节约能源及完全避免全船失电的发生,提高了船舶运营的经济性和安全性。     

太阳能空气动力艇混合储能装置中能量管理系统的设计与仿真研究

船舶电力推进系统在实际运用中具有明显优势,单一能量型储能装置难以有效应对其中分布式发电单元的输出功率间歇性和负载功率变化随机性波动的情况,给电网稳定运行带来了较大挑战。将锂电池和超级电容通过高执行效能的能量管理策略集合成混合储能装置,则能够很好地解决这一问题。论文通过引入对两种储能装置的充放电过程协调控制的逻辑环节,设计形成完善的四级联动式能量管理系统,建立基于MATLAB/Simulink的太阳能空气动力艇电力推进系统和混合储能装置的能量管理系统的仿真模型,分别对混合储能装置的充放电功率响应、内部功率分配、状态参数控制以及辐照强度同步变化的过程进行数据分析。研究结果表明:混合储能装置充放电控制的最大超调量低于30%,对负载波动的最大调节响应时间小于2.5 s,锂电池持续放电输出功率波动小于5%、放电电压变化率在3.5%以内,超级电容器能够实现对负载功率波动高频分量的瞬时响应。     

锂电池在混合动力船舶制动能量回收中的应用研究

针对传统电力推进制动过程中对直流母线电压的影响,制动电阻消耗全部制动能量造成浪费的问题,文中在研究了混合动力船制动回馈机理的基础上,采用锂电池作为制动能量的储能装置,通过双向DC-DC变换器为混合动力船舶提供推力或吸收制动过程的暂态能量,分析锂电池储能系统充放电控制策略,搭建仿真系统.结果验证了锂电池储能系统能够维持直流母线电压稳定,制动能量得到回收.