基于TD3-PER的氢燃料电池混合动力汽车能量管理策略研究

为优化氢燃料电池混合动力汽车的燃料经济性及辅助动力电池性能,提出了一种基于优先经验采样的双延迟深度确定性策略梯度(TD3-PER)能量管理策略。采用双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法,在防止训练过优估计的同时实现了更精准的连续控制;同时结合优先经验采样(PER)算法,在获得更好优化性能的基础上加速了策略的训练。仿真结果表明:相较于深度确定性策略梯度(DDPG)算法,所提出的TD3-PER能量管理策略的百公里氢耗量降低了7.56%,平均功率波动降低了6.49%。

基于动态主题网络的新兴技术主题识别——以氢燃料电池领域为例

[研究目的]新兴技术代表着未来的技术发展方向,是抢占科技前沿制高点必须把握的关键技术,准确识别新兴技术对国家发展具有重要战略意义。[研究方法]综合专利文本信息和分类信息,构建SBERT-LDA-IPC模型,识别各时间段的技术主题;根据主题相似度矩阵绘制动态主题网络,识别具有创新性和连续性的主题为候选主题,评估候选主题的新颖性和影响力,确定新兴技术主题;以氢燃料电池领域为例进行实证检验。[研究结论]研究表明,SBERT-LDA-IPC模型提高了主题聚类的连贯性和准确性,结合国家在氢燃料电池产业发布的系列政策作为验证依据,识别出的三个新兴技术主题,与国家政策制定和产业发展方向一致。

浅析氢燃料电池发动机及其辅助系统状态监测与故障诊断

氢燃料电池发动机作为氢能车辆核心动力单元,其电堆运行状态健康监测和故障诊断直接影响车辆使用和电堆的寿命。当前采用的监测手段主要是对电堆电流和电堆单片电压的监控,通过判断电堆各个单体的电压一致性,以及是否有出现个别单体电压低的问题来判断电堆的健康状态。存在的问题是没有对先期机械故障即早期零部件失效进行监控,电堆能否正常工作也受制于提供空气和冷却的主要零件空压机和水泵的影响,当前仅通过电压巡检器对电堆单体电压的监测被动的报警,当报警时已经出现零件机械结构问题需要车辆进站维修更换零部件,影响车辆的正常出勤。所以有必要通过振动信号进行空压机、水泵等零部件故障的先期诊断评估,并在车辆保养或者闲时进行维修,可避免影响车辆正常营运,减少客户抱怨。

“双碳”视域下氢燃料电池汽车储氢技术现状及发展方向

车载储氢技术是开发高效、安全、低成本氢燃料电池汽车的关键,而储氢材料是研究的重点之一,也是氢的储存和输送过程中的重要组成部分。综述了已采用或正在研究的储氢技术,金属储氢、高压气态储氢、液态储氢和复合储氢等,比较了各种储氢技术的优缺点并指出了车载储氢技术的发展方向。

基于多端口直流变压器的氢燃料电池-储能协调控制策略

面向氢燃料电池在微网领域日趋广泛的应用,依托宁波慈溪氢电耦合直流微网示范工程中的风/光/氢燃料电池直流互联系统,研究其氢燃料电池接入的核心设备——三端口直流变压器的端口功率协调控制策略。为缩短仿真时间,提出并采用了一种适用于多模块串并联多有源桥结构直流变压器的开关周期平均模型,并应用该等效简化模型提出了一种燃料电池-储能混合供电系统能量协调控制策略。该控制策略可根据储能系统荷电状态、各端口功率容量、燃料电池动态响应速度等因素对各端口功率指令进行优化调整与智能分配,避免燃料电池发电功率过快变化、储能系统过充过放,并最大化氢能发电占比。经实际样机测试与MATLABSimulink仿真验证,该协调控制策略在直流变压器的多种控制模式下均有良好的工作性能,功率控制端口的实际功率可以跟随快速变化的指令值,负荷突变时电压控制端口的实际电压波动均能控制在4%以下。

氢燃料电池用高速永磁同步电机性能的数值研究

在利用Maxwell方程组推导了高速永磁同步电机的二维电磁场控制方程的基础上,采用Bertotti铁耗分立模型计算电机铁耗,引入雷诺系数计算风摩损耗,用经典计算公式计算绕组铜耗和涡流损耗,以上损耗值转化为体积生热率施加到电机各发热部件作为温度场分析时的热源,并且考虑材料温变特性和定子非晶合金导热系数各向异性,使用流固耦合法建立了高速永磁电机温升预测模型。依据所建模型进行算例分析,应用Maxwell软件和Fluent软件研究了气隙槽宽、槽肩高和气隙长度对电机磁场、温度场的影响,研究表明气隙槽宽对电机磁场影响较小,适当增大气隙槽宽有利于电机散热。

氢燃料电池密封复合材料的本构模型及密封结构优化

氢燃料电池(PEMFC)是清洁和可再生能源的重要发展目标,其内部密封系统的可靠性设计直接影响了整个燃料电池的长期稳定运行。因此,设计并制备了满足PEMFC密封要求的含固、液2种类型三元乙丙橡胶的复合密封材料。基于该复合材料的制备,采用自主开发的软件筛选出3种高精度的超弹性本构方程。采用有限元方法计算构建的PEMFC单电池模型的接触压力,得到了更合理的Lambert-Diani-Rey超弹性本构模型。另外,提出了4种截面形状的密封结构,压力分布规律表明,圆角梯形截面密封结构具有明显优势。利用正交试验设计筛选出圆角梯形截面密封件底边长度与倒角尺寸分别为2.4 mm×0.9 mm,同时满足密封和最大平均接触应力要求。

氢燃料电池关键技术发展态势研究

基于多源数据对氢燃料电池不同创新环节的知识关联关系进行深入研究,描摹了技术驱动创新发展的演变过程。以2000—2023年全球主要资金项目(探索研究)、国际会议(前沿研究)、期刊论文(基础研究)、发明专利(应用研发)等公开科技文献数据为基础,对氢燃料电池研发技术体系和关键技术进行了梳理与研究,结果表明,未来氢燃料电池关键技术竞争高地主要集中在催化剂、双极板等关键材料与技术方向,其中催化剂以高活性、高稳定性、低成本、纳米协同材料、失活抑制、功能化元素等为重点研发方向;双极板以低成本材料、轻量化材料、关键涂层材料等为重点研发方向。

氢燃料电池公交研究文献综述及展望

氢燃料电池公交车的使用有助于减少碳排放和促进交通运输系统的可持续发展。本文通过检索国内外相关数据库,系统梳理了氢燃料电池公交的国内外相关研究文献,分别从发展氢燃料电池公交的可行性与前景,氢燃料电池公交系统评估及与其他公交方式的对比分析,氢燃料电池公交的社会接受度,氢燃料电池公交的规划与运营管理,以及氢燃料电池公交的安全性分析这5个方面,对国内外氢燃料电池公交研究的相关文献进行综述。研究发现:由于氢燃料电池公交目前仍处于探索发展阶段,关于其可行性、系统评估和社会接受度的研究相对较多,而关于其系统规划与运营管理和安全性分析的研究还相对较少;我国虽然在氢燃料电池公交领域的科学研究和实践起步较晚,但目前已处于世界前列;在政策支持和市场需求的双重推动下,氢燃料电池公交在我国正快速发展。基于文献综述内容,本文进一步分析了现有研究存在的不足,提出后续研究的建议。研究认为:可以从降低氢燃料电池公交成本,提升氢燃料电池公交基础设施建设,提高氢燃料电池公交社会接受度,以及加强氢燃料电池公交安全管理这4个方面进一步开展深入研究,尤其需要加强氢燃料电池公交电池技术革新、配套基础设施建设以及运行安全保障的研究。未来氢燃料电池公交将在旅游景区运输、大型体育赛事交通运输、城市交通运输及城际长途运输等交通运输场景具有广阔的应用前景。学术界和工业界应主动结合氢能产业和交通运输发展的相关政策要求和实践需求,针对氢燃料电池公交发展的重点与难点,持续开展深入研究,共同助力氢燃料电池公交的健康可持续发展。

适配水下电源的氢燃料电池系统设计研究

针对水下密闭高压的特殊环境,设计出适配水下电源的2 kW氢燃料电池系统,其包括氢气供给系统、氧气供给系统、冷却循环系统、加湿系统和废气回收系统。利用MATLAB/Simulink建立氢燃料电池仿真模型,对各系统的参数进行计算,并分析温度、气体压强、膜含水量对氢燃料电池性能的影响。结果表明:燃料电池系统正常运行所需要的最小氢气体积流量为24.7 L/min,最小氧气体积流量为11.9 L/min,最小氢气加湿量的质量流量为3.6 g/min,最小氧气加湿量的质量流量为1.75 g/min,最小冷却水体积流量为3.152 L/min。温度在313~353 K范围变化时,输出电压随着温度升高而增大;气体压强在0.10~0.25 MPa范围变化时,输出电压随气体压强增大而增大;膜含水量在7~22范围变化时,输出电压随膜含水量增大而增大。所建模型可以真实反应氢燃料电池的工作特性。

氢燃料电池汽车用氢气中痕量硫化物的分析进展

氢燃料电池汽车(FCV)用氢气中的痕量硫化物会导致催化剂中毒,使电池的性能显著下降。各标准组织均对氢燃料电池用氢气中的硫含量做了严格的限值,要求硫化物的含量(以H_(2)S或S_(1)计)低于0.004μmol/mol,这对硫化物的分析提出了很高的要求。本文介绍了气体分析领域中各种痕量硫分析的方法和原理,比较了它们的优缺点,并对它们在FCV用氢中痕量硫分析的应用进行了探讨。

大功率氢燃料电池动力系统节能优化策略研究

燃料电池汽车动力系统温度与氢气消耗量均为评价其性能的重要指标,为提升大功率燃料电池动力系统热量控制效率和燃料经济性,通过构建大功率氢燃料电池动力系统模型,分析冷却系统等辅助部件能耗,在保证温度控制的基础上设计基于模糊逻辑控制的功率分配策略,提出以总氢耗最小为目标的热量与功率协同优化控制方法。结合115 kW燃料电池卡车整车参数,在Matlab/Simulink平台下进行控制策略及其优化策略的仿真分析,研究结果表明,相较于功率跟随控制策略,采用协同优化控制策略的百公里等效氢耗分别降低了8.04%和9.9%,证实了该策略在节能优化方面的有效性。

氢燃料电池用气浮离心空压机实验与模拟研究

气浮轴承离心空压机具有无油、高效、低成本、轻量化和动态响应性好等优点,已成为车载氢燃料电池空压机的最佳选择。本文介绍了自主研发的额定压比2.8、质量流量130g/s、转速88000r/min、功率22kW的两级气浮轴承离心空压机,用于匹配电堆功率130kW的车载氢燃料电池。在离心空压机气动性能试验台上测试了空压机在60000~95000r/min范围内的气动性能,同时构建了离心空压机的泄漏通流模型并对其进行了数值模拟,最后将模拟结果与实验数据进行了对比分析。研究结果表明,该离心空压机在实验时最大转速达95000r/min,最大绝热效率可达77.04%。

考虑氢燃料电池汽车充放氢策略的区域综合能源系统优化调度分析

氢能在区域综合能源系统中(regional integrated energy system, RIES)优化运行经济性较低,氢燃料电池汽车(hydrogen fuel cell vehicles, HFCV)的灵活储能特性能够有效解决该问题。为此,提出一种基于动态氢定价机制引导的RIES与HFCV双层交互策略。首先,提出由风光发电功率、系统设备供电功率以及电网购电功率共同决定的动态氢定价机制,引导HFCV进行有序充放氢,并建立HFCV充放氢特性模型;其次,构建RIES与HFCV的双层优化模型,研究该定价机制对上下层运行成本的影响,并用CPLEX求解器对双层模型进行求解;最后,算例分析结果验证该动态定价机制与优化策略能有效降低上下层的运行成本,有利于系统稳定经济运行。

基于GREET模型的氢燃料电池机车全生命周期碳排放与能耗分析

全球性的能源问题和环境问题正日益严重,在实现“双碳”目标的背景下,铁路运输部门需要选择低碳、绿色的燃料。相比较传统柴油动力内燃机车和电力机车,氢燃料电池机车在碳排放与能耗方面的优势值得探究。GREET模型是由美国阿贡国家实验室开发的计算机模拟软件,被广泛地应用于对车辆的能源与环境影响研究中。基于GREET模型,利用WTW (Well-to-Wheels)评价体系对氢燃料电池机车全生命周期的碳排放与能耗效应进行测算。通过与其他车型的对比研究发现:氢燃料电池机车的全生命周期能耗相比内燃机车降低了19.67%,与电力机车相近;氢燃料电池机车的全生命周期碳排放显著低于电力机车和内燃机车。本研究填补了行业中对我国氢燃料电池机车能耗与环境影响方面的研究空白。

氢燃料电池动力船气罐布置及碰撞损伤仿真分析

详细探讨氢燃料电池动力船舶气罐的结构、类型和布置方式,确定船用氢气储罐安放位置需要考虑的因素,提出最优的布置方案。根据规范要求,采用拉格朗日法分析气罐布置于开敞甲板时发生追尾碰撞的全过程,观察碰撞过程中船体各构件损伤情况,探讨碰撞事故对氢气储罐产生的影响。研究表明,气罐处于完全安全状态,但气罐基座最大应力接近屈服应力,在实际工程中可适当加强基座与甲板接触区域。

氢燃料电池高性能催化剂研究进展

氢燃料电池是高效、清洁的能源利用转化装置,目前,氢燃料电池使用的催化剂多是碳载铂催化剂或碳载铂基合金催化剂。这类催化剂的价格较高,在使用过程中,催化氧还原反应的活性逐渐衰减,因此必须寻找活性更高、稳定性更强的低铂催化剂。本文结合氢燃料电池中常见的氧还原反应催化剂,综述铂基催化剂制备方法的研究进展,指出铂基催化剂实现低成本与高性能的重点技术问题,以期为研发与制备氢燃料电池的高性能低成本催化剂提供新思路。

氢燃料电池混合动力汽车能量管理策略研究综述

氢燃料电池混合动力汽车的能量管理是整车控制的核心与关键,尤其是在提高燃料经济性和电池耐久性方面有重要作用。文中梳理了国内外基于规则、基于优化、基于学习和混合能量管理策略的研究进展,分析了各种策略的优势和局限。结果发现:规则型的策略易于实现,但适应性差;优化型的策略灵活性好,但计算复杂;学习型的策略自适应强,但需要大量数据支持;而国内外学者所提出的混合策略在氢燃料电池汽车氢耗量和电池寿命等方面更有优势。未来的研究会聚焦于结合不同策略的优势,将优化算法和机器算法引入基于规则和基于优化的策略,以及优化强化学习中的智能算法以提升整车性能。

聚焦绿色能源 氢燃料电池是首选 化工产业助力上海新能源汽车产业生态优化完善

汽车产业是上海六大重点产业之一,近几年来,我国的新能源汽车生产呈爆发式增长,上海新能源汽车的增长尤为明显。2022年数据显示,上海全市汽车产量的近1/3是新能源汽车,且产量同比增长56.9%,产值产量均创新高。在新能源汽车飞速发展的进程中,化工产业的加持,为新能源汽车装备了强劲的动力。

氢燃料电池复合流场中气-液传输对极化特性的影响

为了明确氢燃料电池极板内气-液流动规律,提高氢燃料电池的输出性能,优化电池输出特性,设计径向流通蛇形流场方案,仿真分析流场分路和面积对气-液传递及电池输出特性的影响。仿真结果表明:在不同分路数量的流场中,3条分路的流场结构水堵塞面积更小,更利于氧气传输,输出性能更佳,电流输出范围比5条分路扩宽14.1%,但在电流密度较大时流场内部气体输送不及时,功率输出受浓差极化电压的影响较大;流场面积主要影响欧姆控制区和浓差控制区,大面积流场在欧姆控制区输出性能较好,小面积流场在浓差控制区输出性能较好。