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。     

小型船用PEM燃料电池仿真特性分析

随着能源的逐渐枯竭和环境污染的持续加重,燃料电池的发展越来越受到世界各国的重视,燃料电池具有高效、清洁和环保等特点,特别是质子交换膜(PEM)燃料电池已经得到了广泛的应用。文章基于Matlab/Simulink软件平台,建立PEM燃料电池动态模型,以输入信号源作为外加负载,分析了随负载电流变化时,电池工作温度变化和阴阳极进气压力对PEM燃料电池输出电压和输出功率的影响。仿真结果与实际燃料电池特性曲线基本一致,所搭建的动态模型也能较好的反映PEM燃料电池的动态特性。     

深海作业平台燃料电池AIP液氧系统供氧仿真分析

针对目前以燃料电池为动力的深海作业平台供氧不稳定,液氧罐压力随着作业工况的不同波动较大,还未考虑燃料电池对液氧罐压力的影响等问题,以某型使用燃料电池为动力的深海作业平台为对象,建立从用氧端到储氧端的液氧系统供氧数学模型,以Matlab/Simulink软件为平台,根据不同工况下的功率及用氧量的变化,对液氧系统进行动态仿真分析。仿真结果表明,深海作业时,由所需电功率变化引起平台用氧量变化的过程中,仿真过程具有较好的稳定性和动态响应,液氧系统能够根据工况的不同为燃料电池及人员呼吸持续提供氧气,保证10人在水下持续作业20 d以上,可有效满足深海作业平台能够长时间全天候在深海作业的需求。     

密闭环境燃料电池系统研究进展

本文总结分析了近年来国外水下无人潜航器（UUV）动力系统的类别与发展趋势和未来UUV用动力源的需求,探讨了固体氧化物燃料电池（SOFC）在UUV领域应用的可能性,并与锂离子电池和质子交换膜燃料电池（PEM）进行对比,分析其各自的优缺点。最后结合UUV的实际使用环境和运行工况,提出了一种UUV用SOFC动力系统的总体设计。     

质子交换膜燃料电池动态响应特性的研究影响

本文针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）动态响应特性做了一系列研究实验,结果证明,PEMFC动态响应与电池负载类型、负载的加载方式有密切联系,同样的阶跃电流下,PEMFC加载纯阻性负载比加载纯感性负载响应时间更短,低调更低。同样的操作条件下,相对固定电流取电,固定电压的取电方式不会带来低调电压。     

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。     

燃料电池气体温湿度与电堆性能分析

系统性能指标是实现燃料电池工程化应用的瓶颈之一,系统搭建和调试过程中,空气与燃料温湿度是影响质子交换膜燃料电池性能的重要因素,对系统控制策略和辅机搭配方案的制定产生很大影响。本文通过实验与统计相结合的研究方式,研究15 kW燃料电池电堆在增湿温度分别为60℃、70℃和80℃条件下分别进行氢空单侧增湿、双侧增湿和不增湿时的输出功率、发电效率和单电池电压一致性。其中输出功率采用测试台直接测量、发电效率通过经验公式计算、电压一致性则通过巡检记录和统计方法相结合的方式评价。结果表明70℃时各增湿方案下优于其他温度同等湿度条件下的电堆性能,有增湿条件明显优于无增湿方案电堆性能,而双侧增湿和氢空单侧增湿对电堆性能影响不大。     

豪华邮轮超大舱室单元强度和变形分析

针对薄板大型舱室单元的变形可能会损伤内装结构或导致无法吊装进舱等问题,以某豪华邮轮超大舱室单元为例,采用有限元分析方法,计算舱室单元在不同工况下的强度、变形,以及各工况相对静止工况的相对变形,结果表明,舱室单元强度和变形满足船级社规范要求,相对变形满足内装施工精度要求,对舱室单元底部加局部支撑,提前释放自重状态下的变形,可减少吊装时的相对变形。     

基于SOC估算的船用锂电池组健康管理

精确估计船用锂电池的荷电状态,并根据船舶运行工况对锂电池组进行健康管理是保障船舶安全、经济运营的关键。通过最小单体负载电压V_(min)-无迹卡尔曼滤波(UKF)法对船用锂电池组的荷电状态(SOC)进行估计,仿真验证V_(min)-UKF法在估算电池组SOC时有较高的精度;同时,结合船舶运行工况研发锂电池组健康管理策略,对船用锂电池组的SOC、单体电压、电流和光伏发电功率等参数进行综合分析,将电池状态分为健康、亚健康和不健康3种状态。实船运行结果表明,该电池组健康管理能保障锂电池组工作在安全范围内,有效促进船舶安全运行。     

直接内重整型固体氧化物燃料电池建模与仿真

基于MATLAB/SIMULINK软件,本文建立了直接内重整型固体氧化物燃料电池的性能仿真模型,综合考虑重整反应和电化学反应的耦合作用,讨论了不同温度、压力、水碳比、CH_4流量、空气组分下,放电电流对燃料电池电堆性能的影响。结果发现,设计点工况下,电堆的发电效率高达50%,适当提高运行温度和压力,减小空气和CH_4的流量,减小氮氧比,可以提高输出电压、功率和效率,使电堆的性能进一步提高,为固体氧化物燃料电池发电系统在常规动力潜艇上的应用提供理论支撑。     

考虑氯化钠中毒影响的PEMFC电化学性能仿真

氯化钠中毒对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell ,PEMFC)电化学性能有重要影响。通过量纲分析方法修正电化学模型并利用COMSOL Multiphysics平台量化分析氯化钠浓度对质子交换膜燃料电池性能影响,最后验证了修正电化学模型的准确性。结果表明：随着阴极空气中氯化钠浓度增大,电池电化学性能降低。低电流密度时,氯化钠浓度变化对质子交换膜燃料电池极化曲线、功率密度曲线几乎无影响;中、高电流密度时,电池输出电压、最大输出功率随氯化钠浓度增加而降低。当氯化钠浓度达到 8×10^-5mg·cm^-3,膜最大、最小电流密度分别下降30.83%、25.23%,最大输出功率密度下降50.00%。 关键词：质子交换膜燃料电池;氯化钠中毒;电池性能;数值仿真     

PEM燃料电池透氢电流密度测试的误差分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的寿命和耐久性是制约其商业化发展的主要因素。准确表征氢气对质子交换膜(PEM)的渗透能力有助于电池的设计安全和运行安全,提高电池的寿命和耐久性。本文主要对PEMFC透氢电流密度的测试误差进行了分析,发现膜厚度、膜穿孔、膜短路以及测试气体压力和湿度,均会对该测试结果带来误差。     

固体氧化物燃料电池船舶动力系统的动态仿真(英文)

Solid oxide fuel cell (SOFC) has been identified as an effective and clean alternative choice for marine power system. This paper emphasizes on the dynamic modeling of SOFC power system and its performance based upon marine operating circumstance. A SOFC power system model has been provided considering thermodynamic and electrochemical reaction mechanism. Subcomponents of lithium ion battery, power conditioning unit, stack structure and controller are integrated in the model. The dynamic response of the system is identified according to the inertia of its subcomponent and controller. Validation of the whole system simulation at steady state and transit period are presented, concerning the effects of thermo inertia, control strategy and seagoing environment. The simulation results show reasonable accuracy compare with lab test. The models can be used to predict performance of a SOFC power system and identify the system response when part of the component parameter is adjusted.     

舰船燃料电池动力系统研究现状

燃料电池系统具有高效率、低噪声、低电磁信号等显著优点,是未来舰船动力源的最有力竞争者之一。阴极进排气系统、阳极进排气系统、燃料电池堆、水热管理系统以及系统总体优化技术都有尚待解决的难点;贮氢固体的低温释氢技术、重整制氢过程中的高效除硫技术、高温质子交换膜的制取将是实现燃料电池系统广泛应用的关键。     

110kV单芯高压电缆护套环流抑制措施

110 kV单芯高压电缆护套环流的产生危及电网系统安全运行。为此,需采用行之有效的措施对环流加以抑制。采用ATP仿真软件对电抗器抑制方法进行系统仿真,并根据系统继电保护要求对电抗器进行电磁参数和动热稳定设计、试制、试运行。电抗器方法的使用在国内尚属首次。计算及试运行的结果表明:该方法抑制环流效果明显。局限性:当三相不平衡时,电抗器不能补偿相位。本方法对单芯高压电缆护套环流问题的处理具有实用、推广意义。     

海洋平台火炬塔筒体结构应力分析

针对海洋平台火炬塔筒体结构强度设计问题,采用Ansys软件的静力学模块对单个火炬塔筒体和3个火炬塔筒体进行静力分析,得到不同工况条件下的结构应力值和变形位移值。结果表明,单个火炬塔筒体可承受的最大压力载荷大于3个火炬塔筒体可承受的最大压力载荷。火炬塔筒体的分析方法和结果对后续石油化工废气处理装置的设计和安装具有一定的指导意义。     

基于汽机流网一体化的辅助汽轮机建模与仿真

针对基于节点法的辅助汽轮机流体网络传统建模中,在动态过程中存在质量不平衡的问题,不能满足辅助汽轮机组变工况和故障工况特性研究的要求。本文提出了汽机流网一体化建模方法,依据质量守恒和能量守恒原理,采用可变出口导纳模拟不同背压下辅助汽轮机的流网运行情况。以某船舶汽轮燃油泵及其进出口蒸汽管网为研究对象,在MINIS环境下采用汽机流网一体化方法建立了其仿真模型。通过该方法下仿真结果与实际运行数据对比,验证了模型的准确性。仿真结果与传统模型仿真结果进行对比分析,表明了变工况和故障工况下汽机流网一体化模型具有更好的稳定性和动态适应性。     

潜艇AIP系统和燃料电池

德国在常规潜艇中成功地加装了燃料电池AIP系统,这是燃料电池最为成功的应用实例.这种成功首先来源于燃料电池具有本质上的优越性.同时也发挥了燃料电池的主要长处(能量转换效率高、比能量高、副产物是水),避免了燃料电池的短处(价格高,使用寿命目前还不够长),为燃料电池的开发提供了范例.