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。     

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。     

氢燃料电池动力技术在船舶动力能效改进的应用

本文介绍氢燃料电池的基本结构和基本理论,开发一种结合氢燃料电池技术的船舶动力系统,针对新型船舶动力系统的电机选型、DC/DC转换器模块的电路设计等问题进行详细说明.为了验证氢燃料电池船舶动力系统的能效,在仿真软件Matlab中建立仿真模型,对比了 2种动力系统的能量消耗量.     

基于小波包-模糊控制的燃料电池混合动力船舶能量控制策略

由于负载波动导致混合动力船舶存在燃料电池电能质量下降及蓄电池使用寿命缩短的问题,因此,针对该问题首先对船舶动力系统进行模拟改装。采用超级电容、磷酸铁锂电池构成复合储能系统,设计基于小波包及模糊控制的能量控制策略,通过搭建动力系统及能量控制策略的Simulink仿真模型对所提控制策略有效性进行验证。仿真结果表明,该控制策略能够有效地优化电池充放电过程,延长电池使用寿命、降低燃料电池输出功率的波动及稳定母线电压提高电能质量。     

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。     

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。     

燃料电池混合动力船舶的功率跟踪控制研究

提出了一种基于模型预测控制的燃料电池超级电容混合动力船舶的功率跟踪控制策略。在提升了系统的瞬态功率响应能力的同时,实现了对超级电容中能量的滚动储备;在平抑燃料电池系统的端口功率波动的同时,实现了系统的可靠运行。仿真结果表明了所提出的控制策略的有效性,对比不同控制参数的情况,验证了控制器设计的有效性。     

船用PEM燃料电池系统动态特性仿真研究

为研究船舶在航行过程中质子交换膜（PEM）燃料电池的动态特性。基于船舶混合动力系统模型建立PEM燃料电池系统集总参数模型,根据船舶航行典型工况,对PEM燃料电池的动态特性进行仿真分析。结果表明在船舶启动、靠离泊航程中,PEM燃料电池电堆工作温度存在明显的滞后性,导致活化过电压、欧姆过电压、浓差过电压存在着明显的过冲现象,从而使得燃料电池输出电压滞后。在船舶负载大幅度变化时,氢气压力、氧气压力和其他组分气体出现大范围变化。本文的研究结果对船用PEM燃料电池控制系统的性能分析、优化设计和实时控制具有一定的指导意义。     

氢氧燃料电池系统能量模型与仿真

针对氢氧燃料电池系统,从氢能储存、氢能转化、电能消耗和热能利用四个方面出发,建立系统能量参数模型,仿真系统能量参数随运行工况变化曲线,对参数加以预测和评定,从而指导燃料电池系统设计。     

船用燃料电池模块系统设计研究

通过对燃料电池系统模块、燃料电池系统上船的适应性和安全性以及燃料电池相关配套系统的研究,我们看到了氢燃料电池作为船舶电源的良好前景;根据燃料电池系统配置要求,设计出一套能够应用于船舶的燃料电池系统,并对电堆系统的性能进行测试,展示了电堆系统的性能及待解决的问题。     

燃料电池技术及其船舶应用现状

燃料电池由于具有高效率、低排放和低噪声、可使用多种燃料等特性,已在很多领域得以应用,比如可用作船舶应急发电机、发电机及推进器电力供应装置。简要介绍燃料电池技术,从效率、能量利用及排放等方面分析燃料电池的特点,并以Wart sila公司开发的应用于船舶的固体氧化物燃料电池WFC20为例,介绍目前最先进的船舶燃料电池的性能指标和工作参数,对燃料电池在船舶应用的现状及主要不足进行探讨。     

基于PEMFC的船舶新动力系统

太阳能与燃料电池的综合应用是目前可再生能源研究领域中的一个热点,将其运用于船舶动力系统具有绝对的行业优势.针对这一特点,建立了基于PEMFC的船舶新动力系统,给出了太阳能与燃料电池的综合实验动力系统及实验结果,为船舶新动力系统的实际构建提供了可行性依据.     

燃料电池船舶复合供能系统控制策略设计与仿真

针对燃料电池船舶复合供能系统中的燃料电池功率波动问题和储能单元电池荷电状态（State of Charge,SOC）极端分化问题,依据系统拓扑结构,提出基于负载功率频率分解与模糊逻辑控制法相结合的复合供能系统控制策略设计。采用实例仿真验证该设计的优势。结果表明,该设计可有效保持燃料电池输出功率平滑,对储能单元SOC具有良好的均衡控制效果。     

基于燃料电池船舶混合电力推进系统的功率追踪控制策略

为提升混合电力推进船舶的续航能力，针对小型船舶巡航负荷的特点，组建以锂电池为动力源、燃料电池为增程单元的混合电力推进系统。选取典型船舶确定试验平台运行工况，设计与其相匹配的增程式燃料电池混合动力系统，并搭建质子交换膜燃料电池与锂电池混合电力推进系统的试验台架。以适配巡航工况为目的，基于锂电池荷电状态（SOC）调节功率追踪，获取燃料电池与锂电池间的能量分配策略。研究结果表明，该功率追踪控制策略能实现母线功率输出与模拟船舶工况间的适配。当将锂电池作为主要动力源时，系统发电单元的转换效率可维持在85%左右；当将燃料电池作为主要动力源时，系统发电单元的转换效率仅维持在75%左右。由此说明，以锂电池为动力源、燃料电池为增程单元的混合电力推进系统的设计是合理的。     

船舶PMS控制策略仿真测试平台设计与实现

为了更好的验证船舶功率管理系统的控制策略,避免危险工况下的测试风险,本文基于Matlab仿真软件与Visual studio 2010开发工具,设计并实现了一个较为通用的船舶能量管理系统仿真测试平台,从船舶能量管理系统的功能出发,具有针对性的建立船舶柴油发电机组、负载等模型用于仿真测试。该软件可在正常和非正常状态下测试PMS系统的控制策略,便于PMS控制策略设计,缩短PMS开发周期。     

基于热力学的船舶柴油发电系统建模与分析

船舶柴油发电系统将化石燃料的能量转换为船载设备可用的电能,在柴油发电机的能量转换过程中会产生较大的能量损耗,目前常用的能量改善方法是建立余热锅炉发电装置,利用柴油主机的余热发电。本文的研究目标是提高船舶柴油发电机组的能量利用率,采用一种热力学分析和仿真方法,建立船舶柴油发电机组和余热锅炉的热力学模型,并进行了柴油发电机的仿真。     

串联型混合动力船舶能量控制策略研究

如何分配混合动力电动船舶中柴油发电机组与燃料电池之间的能量,对提高船舶经济性和减少能耗至关重要。为了解决这个问题,提出用动态规划方法优化两种动力源的输出功率。首先建立船舶组件的数学模型。然后,基于贝尔曼最优化原理,以最小燃油消耗为目标函数得到柴油发电机组的最优控制序列。仿真结果表明,与开关式控制策略相比,动态规划算法可以合理分配输出功率,使电池SOC保持稳定,有效降低船舶的耗油量。     

船舶混合动力系统的数学建模与仿真研究

船舶工业一方面促进了世界经济交流与发展,另一方面也导致了环境污染、能源危机等问题,近年来得到了外界的一致重视。随着船舶动力能源的调整,混合动力船舶逐渐出现,并逐渐成为一种发展趋势。混合动力船舶是将柴油发电主机与燃料电池并联,共同产生船舶航行所需要的动力。本文系统研究了船舶混合动力系统的参数与原理,建立了混合动力系统的数学模型,并在Matlab Simulink中进行了混合电力系统的仿真。仿真结果证明,混合动力系统可以较好的满足船舶的航行需求。     

船舶靠泊液压缓冲系统设计

针对失控船舶在码头或岸边靠泊产生的冲击问题,采用节流阀、蓄能器、液压缓冲油缸进行缓冲吸收,设计船舶靠泊液压缓冲系统,利用AMESIM搭建船舶靠泊液压缓冲系统仿真模型,仿真分析船舶总质量、船舶速度、蓄能器气囊压力、节流阀通径对系统缓冲特性的影响,结果表明,该系统能有效解决失控船舶的冲击问题,船舶总质量或速度增大,靠泊液压缓冲系统吸能量均增大,蓄能器气囊压力或节流阀通径增大,靠泊液压缓冲系统吸能量基本不变。     

船舶动力系统能量回馈建模与分析

船舶系统中能量耗损主要在于主机和电站的运转,其能效技术的改进对于提高能量循环效率效果显著。动力系统模拟负载研究的关键在于变流系统,通过分析功率损耗大的电子设备模型,对能量回馈系统进行仿真,改善系统的能量回馈性能。首先介绍船舶能量回馈系统结构,及其中重要装置电机电站的构成;接着阐述节能系统中负载PWM动态控制的模型算法及并网技术;最后利用Sinamaics和SCOUT工具进行半实物仿真,证明此系统能量反馈的高效性。