该文分析了膨胀石墨双极板(EGBPs)各向异性结构对燃料电池水热管理与输出性能的影响。建立了三维两相非等温数值模型,对比了4种典型复合材料结构下温度、电流密度、水含量等参数的分布特征,揭示了双极板传热特性与输出性能的耦合效应。...该文分析了膨胀石墨双极板(EGBPs)各向异性结构对燃料电池水热管理与输出性能的影响。建立了三维两相非等温数值模型,对比了4种典型复合材料结构下温度、电流密度、水含量等参数的分布特征,揭示了双极板传热特性与输出性能的耦合效应。结果表明:沿质子传递方向热导率(k_z)对燃料电池性能具有显著影响,在2.2 A cm^(-2)电流密度下,将k_z从常规结构的5 W·m^(-1)·K^(-1)提升至280 W·m^(-1)·K^(-1),可以使输出性能提高22 m V;沿流道气体流动方向的热导率(k_y)是影响散热能力的关键因素,将k_y与k_z提高至280 W·m^(-1)·K^(-1),或者实现各向同性结构(k_x=k_y=k_z=20 W·m^(-1)·K^(-1)),均能够使膜电极组件(MEA)核心区域的温度降低2℃左右。因此,提高k_y与k_z并实现各向同性结构是膨胀石墨双极板技术的未来发展目标之一。展开更多
燃料电池混合动力系统包括燃料电池发动机、直流直流变换器(Direct current to direct current converter,DCDC)、镍氢动力电池和电动机等部件。根据台架试验数据建立燃料电池混合动力系统模型。模型考虑燃料电池性能衰减、总线电压对...燃料电池混合动力系统包括燃料电池发动机、直流直流变换器(Direct current to direct current converter,DCDC)、镍氢动力电池和电动机等部件。根据台架试验数据建立燃料电池混合动力系统模型。模型考虑燃料电池性能衰减、总线电压对电动机转矩和效率的影响、DCDC效率和动态过程以及动力电池充放电内阻特性。燃料电池因长时间运行而造成的性能衰减将导致能量管理算法失效。DCDC效率在公交工况下变化不大,其动态过程可以用一阶延迟环节近似。动力电池充放电内阻影响等效氢气消耗量的计算。总线电压对电动机效率与转矩的影响可以用修正系数代替考虑。能量管理算法采用动力电池荷电状态(State of charge,SOC)稳态平衡和燃料电池动态功率补偿相结合的方法,以保持动力电池SOC水平,并在加载过程中防止燃料电池功率突变。仿真结果表明,所建立的模型能反映实际工况中的功率分配情况,动力电池SOC维持在预定区域,燃料电池功率加载速率得到限制。进一步分析表明,随着燃料电池性能衰减,通过调整稳态平衡算法,可以维持SOC水平,保证整车动力性、经济性。展开更多
针对一辆12m 增程式城市客车,对比研究了几种常见的能量管理算法.该城市客车由锂离子电池驱动,并配有一个功率辅助单元(auxiliary power unit,APU)作为里程延长器.功率辅助单元由发动机和发电机组成,可以将燃料中的化学能转化为电能,补...针对一辆12m 增程式城市客车,对比研究了几种常见的能量管理算法.该城市客车由锂离子电池驱动,并配有一个功率辅助单元(auxiliary power unit,APU)作为里程延长器.功率辅助单元由发动机和发电机组成,可以将燃料中的化学能转化为电能,补充动力电池的电量.首先,建立了该动力系统的动态模型.基于该模型,定义了一个以日行驶燃油消耗量最小为目标的全局优化问题.采用动态规划方法(dynamicprogramming,DP)进行求解;其次,对比分析了动态规划策略、耗尽-维持(charge depleting and chargesustaining)策略、混合(blended)策略等几种常见的能量管理方法.仿真结果表明,对于本文所研究的特定动力系统,采用全局最优策略,日行驶工况下燃油经济性为26.1L/100km;采用混合策略,日行驶工况下燃油经济性为29.1L/100km;采用耗尽-维持策略,日行驶工况下燃油经济性为28.2L/100km.由于全局优化策略无法投入使用,相较于混合策略,耗尽-维持策略可降低油耗3%.将耗尽-维持策略应用于实际车辆.道路实验表明,空载状况下实际油耗为23.6L/100km,满载情况下为24.9L/100km.相较于传统车平均 30L/100km 的水平,满载情况下耗尽-维持策略可降低油耗17%.展开更多
燃料电池城市客车的部件繁多,结构复杂,包括燃料电池发动机、蓄电池、DC/DC和电动机等多个部件节点,其控制系统多采用复杂的分布式控制系统。该控制系统信息流量大、控制任务复杂、实时性要求高,在开发与运行过程当中对数据监控、故障...燃料电池城市客车的部件繁多,结构复杂,包括燃料电池发动机、蓄电池、DC/DC和电动机等多个部件节点,其控制系统多采用复杂的分布式控制系统。该控制系统信息流量大、控制任务复杂、实时性要求高,在开发与运行过程当中对数据监控、故障诊断、程序在线更新、数据传输等都提出了更高的要求。在燃料电池城市客车控制系统研发与装备过程中,采用了OSEK/VDX标准的实时操作系统、硬件在环实时仿真、时间触发控制器局域网(Controller area network,CAN)以及无缝自动代码生成等最新的软件技术,这些新技术的应用,有效地提高了燃料电池客车控制系统的开发效率,降低了系统故障率,并为燃料电池客车的优化控制构建了一个开放的技术平台。展开更多
文摘该文分析了膨胀石墨双极板(EGBPs)各向异性结构对燃料电池水热管理与输出性能的影响。建立了三维两相非等温数值模型,对比了4种典型复合材料结构下温度、电流密度、水含量等参数的分布特征,揭示了双极板传热特性与输出性能的耦合效应。结果表明:沿质子传递方向热导率(k_z)对燃料电池性能具有显著影响,在2.2 A cm^(-2)电流密度下,将k_z从常规结构的5 W·m^(-1)·K^(-1)提升至280 W·m^(-1)·K^(-1),可以使输出性能提高22 m V;沿流道气体流动方向的热导率(k_y)是影响散热能力的关键因素,将k_y与k_z提高至280 W·m^(-1)·K^(-1),或者实现各向同性结构(k_x=k_y=k_z=20 W·m^(-1)·K^(-1)),均能够使膜电极组件(MEA)核心区域的温度降低2℃左右。因此,提高k_y与k_z并实现各向同性结构是膨胀石墨双极板技术的未来发展目标之一。
文摘燃料电池混合动力系统包括燃料电池发动机、直流直流变换器(Direct current to direct current converter,DCDC)、镍氢动力电池和电动机等部件。根据台架试验数据建立燃料电池混合动力系统模型。模型考虑燃料电池性能衰减、总线电压对电动机转矩和效率的影响、DCDC效率和动态过程以及动力电池充放电内阻特性。燃料电池因长时间运行而造成的性能衰减将导致能量管理算法失效。DCDC效率在公交工况下变化不大,其动态过程可以用一阶延迟环节近似。动力电池充放电内阻影响等效氢气消耗量的计算。总线电压对电动机效率与转矩的影响可以用修正系数代替考虑。能量管理算法采用动力电池荷电状态(State of charge,SOC)稳态平衡和燃料电池动态功率补偿相结合的方法,以保持动力电池SOC水平,并在加载过程中防止燃料电池功率突变。仿真结果表明,所建立的模型能反映实际工况中的功率分配情况,动力电池SOC维持在预定区域,燃料电池功率加载速率得到限制。进一步分析表明,随着燃料电池性能衰减,通过调整稳态平衡算法,可以维持SOC水平,保证整车动力性、经济性。
基金National Natural Science Foundation (NNSF) of China(61004075)Ministry of Science and Technology (MOST) of China(2011DFB70020)the Tsinghua University Initiative Scientific Research Program(2010THZ08116)
文摘针对一辆12m 增程式城市客车,对比研究了几种常见的能量管理算法.该城市客车由锂离子电池驱动,并配有一个功率辅助单元(auxiliary power unit,APU)作为里程延长器.功率辅助单元由发动机和发电机组成,可以将燃料中的化学能转化为电能,补充动力电池的电量.首先,建立了该动力系统的动态模型.基于该模型,定义了一个以日行驶燃油消耗量最小为目标的全局优化问题.采用动态规划方法(dynamicprogramming,DP)进行求解;其次,对比分析了动态规划策略、耗尽-维持(charge depleting and chargesustaining)策略、混合(blended)策略等几种常见的能量管理方法.仿真结果表明,对于本文所研究的特定动力系统,采用全局最优策略,日行驶工况下燃油经济性为26.1L/100km;采用混合策略,日行驶工况下燃油经济性为29.1L/100km;采用耗尽-维持策略,日行驶工况下燃油经济性为28.2L/100km.由于全局优化策略无法投入使用,相较于混合策略,耗尽-维持策略可降低油耗3%.将耗尽-维持策略应用于实际车辆.道路实验表明,空载状况下实际油耗为23.6L/100km,满载情况下为24.9L/100km.相较于传统车平均 30L/100km 的水平,满载情况下耗尽-维持策略可降低油耗17%.
文摘燃料电池城市客车的部件繁多,结构复杂,包括燃料电池发动机、蓄电池、DC/DC和电动机等多个部件节点,其控制系统多采用复杂的分布式控制系统。该控制系统信息流量大、控制任务复杂、实时性要求高,在开发与运行过程当中对数据监控、故障诊断、程序在线更新、数据传输等都提出了更高的要求。在燃料电池城市客车控制系统研发与装备过程中,采用了OSEK/VDX标准的实时操作系统、硬件在环实时仿真、时间触发控制器局域网(Controller area network,CAN)以及无缝自动代码生成等最新的软件技术,这些新技术的应用,有效地提高了燃料电池客车控制系统的开发效率,降低了系统故障率,并为燃料电池客车的优化控制构建了一个开放的技术平台。
