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。

燃料电池氢气流量控制系统变负载匹配设计与仿真

针对车载质子交换膜燃料电池供氢系统负载工况多变时的氢气流量控制问题,提出一种基于比例减压阀与流量控制阀的氢气流量负载匹配控制系统架构与方法。建立了从高压储氢瓶至燃料电池堆的供氢系统整体模型,基于该模型设计了比例减压阀、流量控制阀与氢气循环泵的控制策略,并就某一型号电堆的变负载工况对系统模型与控制策略进行仿真验证。结果表明:电堆阳极压力可快速跟踪给定压力,响应时间约2~3s;氢气流量可适应负载变化需求,其瞬时超调量与压力响应速度成正相关;稳态时氢气利用率维持在95%以上,供氢过量比维持在1.27以上,供气氮含量维持在5%以下,满足电堆性能需求。

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。

GB/T 26990-2023《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》标准分析

近年来随着燃料电池电动汽车技术不断升级,与35 MPa车载氢系统相比,公称压力为70 MPa的车载氢系统具有储氢体积密度大可提高整车续驶里程的优点,在乘用车上得到广泛应用。而在GB/T 26990—2011《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》及GB/T 29126—2012《燃料电池电动汽车车载氢系统试验方法》中仅适用于公称工作压力不超过35 MPa的车载氢系统,而且该版标准已实施十余年,已不能完全适应现阶段燃料电池电动汽车车载氢系统技术现状,因此2023年11月,我国发布了GB/T 26990—2023《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》,该标准修改和增加了部分技术内容以适应当前燃料电池电动汽车行业发展水平。本文将阐述GB/T 26990—2023的主要技术内容及其与上一版标准的异同,并对新标准中相关技术内容和测试方法进行解析,供行业内企业参考。

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。

燃料电池汽车车载氢系统潜在失效模式及原因分析

车载氢系统的安全性是燃料电池汽车(FCV)的核心技术指标之一,其安全性保障是实现FCV大规模商业化的重要前提。本文围绕车载氢系统的安全性,介绍了车载氢系统的组成,分析了车载氢系统及其零部件的失效模式及原因,总结了车载氢系统的失效后果,并探讨了现阶段在FCV消防安全方面亟需完善的内容。分析表明,车载氢系统的潜在失效模式及原因主要包括密封、振动疲劳、机械冲击、碰撞、快速充放氢疲劳、热损伤、控制系统功能失效等,失效的主要后果表现为氢气泄漏。对于氢气泄漏的危害分析应充分结合车辆所处的场景进行综合考量,在极端场景下,“氢气泄漏+密闭/半密闭空间+点火源”将引起火灾甚至爆炸,会严重威胁公众的生命财产安全。因此,建议从强化安全性设计和验证、提升氢泄漏监测和气源控制技术、开展失效致灾危害量化评价、加强火灾防控技术等多个方面,促进车载氢系统的安全性水平提升。

基于质子交换膜燃料电池车用氢气产品质量标准GB/T 37244的探讨

目的质子交换膜燃料电池车用氢燃料是连通氢能产业上游制氢环节和下游应用场景的核心介质,针对现行产品标准GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》中涉及的杂质含量限值和分析方法,对其进行研究探讨。方法梳理国内氢燃料产品质量标准的演进历程,对比国外相关的氢气产品指标及分析方法标准,调研国内氢源现状衍生的杂质组分情况和实际分析需求现状。结果氢燃料中关键杂质以及其他杂质的组成要求应根据实际研究结果完善限值指标。建议针对氢燃料来源多样导致引入杂质组分的不同,采用关键组分核查与型式检验、出厂检验相结合的检测方式。结论在满足国内氢燃料质量要求和国际标准ISO 14687:2019《Hydrogen fuel quality-Product specification》的前提下修订现行的产品质量标准,完善健全氢燃料质量分析方法标准体系和溯源链条,以保证分析的准确性和提高分析效率。

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。

光伏-氢燃料电池热电联产系统运行特性研究

以拥有燃氢汽车家庭的光伏-氢燃料电池热电联产系统为研究对象,基于TRNSY软件建立系统动态仿真模型,以海口地区三口之家的电力、热水、氢需求为例,通过分析系统不同组件配置运行的可靠性及经济性对系统配置方案进行优化设计。基于该系统方案,分析系统典型周以及典型年运行特性。结果表明:光伏组件数量从90块增至150块,系统供电、供氢可靠性分别可提升2.33%、26.93%,用电成本最低为0.74元/kWh,但能源利用率下降34.13%;配置105块光伏组件和8个储氢罐时,可满足电力和热水需求,供应氢气需求的86.42%,用电成本为0.77元/kWh,能源利用率为95.75%;系统在冬季由于辐照度低导致约20.24%的氢气无法被供应;氢燃料电池夏季供热占比高于80%,其全年供电、供热占比分别为19.82%和57.65%。

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。

基于固态储氢与燃料电池耦合的车载氢能源系统建模与特性分析

探讨了一种使用金属氢化物储氢罐和质子交换膜燃料电池的车载氢能源系统,旨在通过数学建模和工况测试评估氢能源系统内部的热量耦合效应。基于热交换系统结构和换热特性提出了氢能源系统多物理场模型,又基于增程式燃料电池物流车运行工况进行了数值模拟和试验验证。结果表明,所提出的数学模型能准确表征车载氢能源系统的动态特性,功率响应与温度动态变化具有显著的一致性。借助热交换系统提供热量补充,低温条件下固态储氢罐释氢速度加快,提高氢能源系统的动态响应速度和能源利用效率。研究结果可用于基于固态储氢与燃料电池耦合的氢能源系统最优尺寸设计、温度控制和能量管理策略设计。

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%。