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。     

混合动力船舶的能量管理与控制策略

  目的  为提高混合动力船舶的系统稳定性和效率,提出一种基于粒子群优化阈值的多堆燃料电池系统功率分配策略。  方法  针对多堆燃料电池和蓄电池并联构成的混合动力源系统,设计基于粒子群优化算法（PSO）的模糊逻辑能量管理策略。根据推进系统负载功率和蓄电池荷电状态（SOC）,灵活调控燃料电池单体工作组数及其输出功率,并采用PSO来优化系统的控制阈值。  结果  Matlab/Simulink仿真结果表明：该能量管理策略可以迅速满足复杂多变的负载功率需求,从而提高混合动力源的系统效率;相较于传统的能量管理策略,基于模糊逻辑和基于粒子群优化阈值的能量管理策略的氢气消耗量分别下降了18.96%和31.48%。  结论  该智能能量管理策略适用于混合动力船舶多堆燃料电池,可有效提高混合动力源的系统效率并降低氢气消耗量。     

纯电动游览船锂电池组的控制策略

为提高纯电动游览船的续航能力,对其动力锂电池组的控制策略进行研究。针对桂林地区的新型纯电动游览船,设计一种基于锂电池组的供电系统拓扑结构,采用基于锂电池的荷电状态(SOC)、电压和电流多参数约束算法估计锂电池组的动态峰值功率;同时,结合船舶运行工况研发锂电池组控制策略,开发相应的控制系统,并进行实船测试。测试结果表明,该电池组控制策略能满足船舶在不同运行工况下对功率分配的需求,保证船舶稳定运行,并能有效地控制电池组的功率输出,充分利用电池组的剩余电量,提高船舶的续航能力。     

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。     

燃料电池和锂电池在船用领域的对比分析

本文首先比较燃料电池和锂电池的技术特点,然后以功率范围120～1200 kW,储能范围1～10 MWh的船用燃料电池和锂电池系统为对象,对比分析其重量、体积和价格,最后针对大功率、高储能的船型提出燃料电池和锂电池混合的动力方案.     

混合动力船舶能量管理系统控制与优化

本文介绍使用频率方法改进混合电动船(HEB)能量管理系统,并对系统做适当优化。柴油发电机通过超级电容器和锂电池的配合出力来满足混合动力船的负荷需求。超级电容器和锂电池通过两个双向DC/DC连接到直流母线,柴油发电机使用三相pwm整流器连接到直流总线。DC/AC转换器连接到使用两个电动机作为推进器模拟混合动力船(HEB)在航行过程需求的推进负载。利用粒子群优化算法来整定柴油机调速系统PID控制器参数,使其有更快的速度响应。本文通过柴油发电机,超级电容器和锂电池这些电源的功率分配来满足动态负荷需求。理论结果通过MATALB/Simulink软件进行仿真验证。     

燃料电池技术及其在船舶上的应用

以氢为燃料的燃料电池技术正快步迈向实用化，燃料电池装置在船舶上的应用研究取得了巨大的成就，采用燃料电池混合动力的潜艇已投入运行。本文对燃料电池技术的现状及在船舶上的应用前景进行了分析与介绍。     

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。     

锂电池动力船舶研究进展

作为航运大国,我国船舶数量巨大且其中柴油机船舶占比较高,在“碳达峰和碳中和”战略目标牵引下,引入节能减排的纯电动船舶是大势所趋。锂电池（LIB）以能量密度高且安全性能好的优势在纯电动船舶储能系统中脱颖而出,目前锂电池船舶相关研究大多借鉴成熟的纯电动汽车技术,但两者运行需求与运行环境仍存差异,并不能一概而论,因此有必要对锂电池船舶的发展现状进行总结分析,梳理当前所面临的困难与挑战,为锂电池船舶的安全发展提供思路。基于对国内外锂电池船舶发展概况的调研,对船用锂电池性能优化和安全防护两方面的研究进展进行讨论,并对当前我国锂电池船舶发展利害因素进行梳理分析,着重分析船舶锂电池组管理系统及其面临的特有安全问题,对锂电池船舶今后的研究热点进行预测,以期能够为锂电池船舶安全研究提供有益的参考和借鉴。     

燃料电池混合动力系统的极小值控制策略

质子交换膜燃料电池和蓄电池构成的混合动力系统在UUV上有着广阔的应用前景。由于燃料电池自身的工作效率和循环寿命与其工作状态直接相关,因此协调2个能量单元之间的功率分配就成了混合动力系统在开发过程中的关键任务。为了利用能量分配使整个系统工况达到最优,一系列最优化控制理论在混合动力系统中得到应用,并发挥了重要作用。为了将系统的等效氢气消耗总量降到最低,本文重点介绍一种针对UUV混合动力系统的基于极小值原理的能量管理策略。相比之前的控制策略,本文方法能够将全局优化问题转化为局部优化问题,且无需全航程的功率信息作为先验知识。最后利用某小型UUV的典型功率负载曲线开展模拟计算,计算结果显示,从3种不同的初始值开始计算过程最终都能收敛至最优解的某个邻域内,说明提出的控制算法具有很好的鲁棒性,能够在UUV的能量管理系统中实现很好的在线功率分配,达到等效氢耗量最小的优化目标。本文方法具有计算效率高、占用内存少的优势,为实现工程应用中的在线调节创造了可能。     

燃料电池混合动力系统的极小值控制策略

质子交换膜燃料电池和蓄电池构成的混合动力系统在UUV上有着广阔的应用前景。由于燃料电池自身的工作效率和循环寿命与其工作状态直接相关,因此协调2个能量单元之间的功率分配就成了混合动力系统在开发过程中的关键任务。为了利用能量分配使整个系统工况达到最优,一系列最优化控制理论在混合动力系统中得到应用,并发挥了重要作用。为了将系统的等效氢气消耗总量降到最低,本文重点介绍一种针对UUV混合动力系统的基于极小值原理的能量管理策略。相比之前的控制策略,本文方法能够将全局优化问题转化为局部优化问题,且无需全航程的功率信息作为先验知识。最后利用某小型UUV的典型功率负载曲线开展模拟计算,计算结果显示,从3种不同的初始值开始计算过程最终都能收敛至最优解的某个邻域内,说明提出的控制算法具有很好的鲁棒性,能够在UUV的能量管理系统中实现很好的在线功率分配,达到等效氢耗量最小的优化目标。本文方法具有计算效率高、占用内存少的优势,为实现工程应用中的在线调节创造了可能。     

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。     

混合动力船舶锂电池保护板的设计与实现

本文介绍了一套基于8051微控制器的锂电池保护板系统的设计。本系统针对混合动力船舶的使用环境进行设计,可满足锂电池充放电过程的复杂性的需要,对锂电池单体及整组提供过充过流保护、高低温保护、放电短路保护等智能保护,具有可靠性高、功能强大、性价比高的优点。     

混合动力系统的海工船舶应用

针对LNG动力船舶实际应用中工况复杂,LNG使用效率低的问题,结合混合动力系统的技术发展趋势,提出适用于海洋工程船舶复杂工况的气电混合动力解决方案,基于法规,采用直流组网技术,气电混合动力与直流电推技术,配合电池组,以期有效发挥LNG的低碳特性,保持较高的燃料利用效率,满足下一代近海支持船舶及内河船舶动力需求.     

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。     

船舶动力系统设计及优化

船舶动力系统作为最复杂也是最重要的系统之一,受到广泛关注。由于整个动力系统涉及到机械、电子和通信控制等领域的技术,其设计和优化也变得非常棘手。本文通过深入分析船舶动力系统结构的基本原理,找出制约船舶动力系统的关键因素,从而提出一种基于神经网络的智能算法用来优化船舶动力系统。该模型能够对船舶动力系统的架构设计和配置需求作有效的预测,并从动力输出和控制能力2个方面对船舶的动力系统做了优化仿真。从仿真结果看,本优化配置方法具有一定的应用价值。