基于不同能量回收模式的燃料电池系统性能增益研究

为减小燃料电池进气增压寄生功、提高系统效率,建立了以径流涡轮回收阴极排气能量的高功率燃料电池电化学、动力学与热力学系统模型,修正了基于NTU-ε法的中冷器性能预测方法,研究了单级增压−能量回收与顺序增压−能量回收模式下径流涡轮回收燃料电池阴极废气能量的效能.结果表明,整体能量回收效率随着电堆负载电流增加呈降低趋势;相比于单级增压−能量回收模式,在额定工况点与非额定工况点下顺序增压−能量回收模式的能量利用率增益显著.优化后的运行方案阴极排气能量利用率最高可提升28.9%,系统效率提升幅值达2.79%.

考虑驾驶风格和舒适性的电动汽车制动能量回收策略

现有的制动能量回收策略未充分考虑驾驶风格对前、后轴制动力矩分配的影响,降低了能量回收率,增加了制动减速度。为此,提出了一种考虑驾驶风格和制动舒适性的再生能量回收策略,对不同驾驶风格的驾驶员采用不同的权重系数去权衡制动能量回收效率与制动舒适性。设计模糊规则控制器对驾驶员舒适性权重进行分配,建立包含舒适性和制动能量回收效率的多目标优化模型。最后结合考虑电池、电机特性和紧急工况等影响因素确定制动力矩分配策略。仿真结果表明,与其他控制策略相比,所提出的控制策略使驾驶员处于舒适与轻微不适的占比分别增加3.4%和1.58%,并消除严重不适,电池SOC值损失0.3183%。

基于能量回收的新型电磁摩擦制动系统研究

为了提高车辆制动安全性,设计了一种新型电磁摩擦制动系统。对传统制动系统进行结构优化,并在电子控制单元(ECU)中加入制动器的辅助控制算法,分析新型制动系统在不同工况下制动时的工作原理,推导了不同车速下制动力矩、制动盘涡流与车速和外加磁场的关系,并建立了车辆动力学模型、电磁制动器模型和车辆电源模型,基于Simulink和Maxwell平台的联合仿真结果表明:在传统制动系统的基础上,通过优化电磁制动器可以显著缩短制动距离,提升制动性能。最后,通过能量回收装置成功实现了对车辆动能的回收和再利用。

煤炭地下气化注气方式与能量回收效率

研究不同注气方式煤炭地下气化(UCG)能量回收情况,有利于发展更高效的UCG工艺。设计并实施了固定和移动注气点UCG模型实验,基于化学计量学和碳平衡法计算了气化煤耗总量及速率,对比分析了2种注气工艺对煤气组成和热值的影响。在此基础上,分析了不同注气方式下煤气产量和有效气体组成的变化,评价了2种注气工艺实验的能量回收效率。结果表明,固定注气点实验中提高O_(2)净注入流量可改善煤气热值衰减的现象,但随着气化空腔的扩大,提高O_(2)净注入流量对气化反应的促进作用逐渐降低;分3次提高O_(2)净注入流量,煤气热值分别提高2.01、1.27和1.10 MJ/Nm^(3),气化效率(煤气的热值与碳的燃烧热之比)分别提高14.64%、9.45%和7.73%。移动注气点位置,可实现煤气热值和气化效率的短时间快速回升,分4次移动注气点位置,每次移动距离为300 mm,煤气热值分别提高2.95、3.32、3.37和2.54 MJ/Nm^(3),气化效率分别提高17.99%、21.04%、27.88%和13.92%。2种注气工艺实验分别气化了72.49 kg和91.47kg的煤,平均煤耗速率分别为0.97和1.27 kg/h,气化效率和煤耗速率呈同步突变,这一现象在改变气化剂注入条件和移动注气点位置后更为明显,表明气化效率与煤耗速率具有一定关系。相比固定注气点实验,移动注气点位置可有效改善气化效果,相同的气化剂注入条件下,有效气体组分和气化效率分别提高12.5%和23.23%。

汽车液-气压能量回收系统研究

提出一种液-气压能量回收系统,该系统主要由液压子系统和气压子系统组成。车辆制动时带动马达旋转,负载动能转变为液压能储存在蓄能器中,进而带动空气压缩机转动。介绍系统组成及工作原理;对系统车辆动力学、液压子系统、气压子系统进行建模分析;最后,对系统的能量利用率等进行分析。结果表明:该方案在制动过程中对系统能量回收率可达84.7%,证明了所设计方案的有效性。

电动汽车制动能量循环回收智能控制仿真

为提高纯电动汽车的续航能力,保证车辆稳定行驶,提出一种纯电动车辆的制动能量回收控制方法。从多个角度分析纯电动汽车在行驶过程中的能量变动情况,考虑驱动力需要克服的相关阻力,根据车辆各部件的工作效率以及电池充电情况,计算车辆驱动消耗实际电量。分析纯电动汽车制动过程中的动力学以及路面的摩擦因子对制动产生的影响,明确汽车制动时产生的能量损失和影响能量回收的相关因素。为了获得最大的再生能量,在能量回收控制中,以制动的方式进行能量补偿,并将更多的动能用于动力发电机,达到制动能量的回收循环。仿真结果表明,所研究方法对制动能量的回收控制效果较好,回收利用率较为理想。

纯电动商用车能量回收策略优化

为了提高电动商用货车的行驶里程,在保证行驶安全性的情况下,尽可能回收电动货车滑行和制动所消耗的动能。基于ECE法规和前后轮理想制动分配曲线,在不改变原车机械制动结构的前提下,针对后轮驱动的电动商用货车,提出了一种基于制动踏板开度的能量回收策略,对原方案进行优化。该策略在电机实验数据的基础上,利用最小二乘法拟合出发电效率最优的电机转矩曲线进行制动力分配;再利用制动踏板开度和变化率,制定当前转矩向目标转矩的过渡规则,保证制动的平顺性;最后通过Simulink软件搭建模型,并集成在整车控制器之中。结果表明:在确保安全性的前提下,在规定路段SOC从100%消耗至70%,此方案的行驶里程比原车方案提高了6.6%,验证了优化策略可以有效提高车辆的行驶里程。

自驱旋转式能量回收装置的转速特性曲线

为研究自驱旋转式能量回收装置的转速特性曲线,采用理论分析的方法,构建一种新的转速预测模型,并应用Fluent 6DOF模型,通过UDF文件定义固体转子的质量与转动惯量等物理参数,构建了自驱旋转式能量回收装置转子的刚体被动旋转的数值模型,得到了转子在装置进口流量Q为70.2 m^(3)/h,装置出口压力p为6.0 MPa工况下的速度分布,以及各工况下转子所受驱动扭矩随时间的变化关系,并总结出转子启动过程中的转速变化规律.结果表明,各工况下转子的启动时间均低于2 s,且转子转速与流量成正比;理论模型与数值模型吻合度较高,Q为26.3 m^(3)/h工况下相对误差最高,达14.9%,Q为61.4 m^(3)/h工况下相对误差最小,为0.77%.

自能量回收的全双工无人机中继资源分配

针对多用户场景中无人机中继在能量受限时工作性能下降,常规优化算法未能权衡能量收集与信息解码的问题,设计一种基于无线携能通信技术的全双工自能量回收无人机中继系统,提出一种以最大化系统吞吐量为目标,联合优化时隙调度、中继发射功率和功率分裂比的分配算法.针对原问题是非凸问题,算法采用块坐标下降法将联合优化问题分解为3个子问题,然后通过连续凸逼近的方法求出最优用户调度、最优发射功率和最优功率分裂比,得到原问题的次优解.实验结果表明,能量受限时自回收中继系统吞吐量性能优于常规中继系统;联合优化算法能更好地权衡能量收集与信息解码,最大限度提高系统吞吐量性能.

基于比例继动阀的解耦式制动能量回收

针对纯电动商用车在连续制动时,气源压力偏低会导致驱动轴耦合制动力响应速度变慢,影响制动能量回收效率的问题,提出一种基于比例继动阀的解耦式制动能量回收系统(uncoupled braking energy recovery system,URBS)方案。首先,基于比例继动阀的迟滞特性,采用前馈-单神经元PID控制方法,实现制动气压的准确输出;其次,以电池SOC、车速等为约束条件,根据气源压力信号确定供压模式,并制定解耦式制动能量回收控制策略;最后,基于AMESim,MATLAB/Simulink及TruckSim搭建联合仿真平台,选取单次制动工况与循环工况验证了制动力耦合效果及系统的制动能量回收效果。结果表明,基于比例继动阀的URBS可实现耦合制动力的快速响应,达到稳态压力值75%的时间小于0.1 s,且在中国重型商用车行驶工况和中国重型商用车瞬态工况下有效制动能量回收率分别为10.13%,17.17%。所提URBS方案能有效提高驱动轴耦合制动力的响应速度及耦合精度,可为纯电动商用车气压式URBS方案设计提供参考。

椭圆扭曲管能量回收器性能数值模拟及其节能应用

为解决目前传统新风系统常用的纸芯能量回收器存在新风、回风交叉污染及能量综合回收率低的问题,将椭圆扭曲管应用于空调新风系统,基于铝合金传热元件研发了一种新型高效的能量回收器。设计椭圆扭曲管和圆管两种不同结构的能量回收器,应用Fluent软件进行数值模拟,对比分析其换热和流动性能,并对其应用于空调新风系统的节能效果进行分析。结果表明,相对于圆管能量回收器,空气在通过椭圆扭曲管能量回收器时壳程温度下降得更快,管程温度提升也更快,换热系数更高,换热效果更好,尤其是处于夏季工况时换热效果较为明显。增设了能量回收器的新风机可以有效提升室内环境的舒适性,在夏热冬冷和寒冷地区节能效果显著。

不同能量回收组合工艺下海水淡化系统比能耗分析

能量回收装置能够降低反渗透海水淡化系统的比能耗与运营成本,是重要的核心节能装备。预设进水流量与回收率均相同的反渗透海水淡化系统,提出无透平单级、单透平单级、双透平双段、单透平段间增压这4种组合工艺,对反渗透系统进行工艺路线设计和设备选型研究。为验证组合工艺的性能,选取两种计算方式对系统比能耗进行分析。结果表明,能量回收技术能够降低系统比能耗,通过对透平式能量回收装置进行优化组合,特别是双透平双段式和单透平段间增压式的组合工艺能够大幅降低系统比能耗和综合成本。

混动叉车势能与制动能量联合回收系统设计及AMESim-Simulink仿真分析

针对混动叉车频繁升降及起停制动造成能量损耗严重等问题,聚焦混动叉车势能回收与行车时双动力能源分配控制策略能效提升的关键技术,进行了混动叉车势能与制动能量联合回收系统设计。在传统混动叉车并联式混动系统基础上改进优化,运用前向建模思想搭建仿真模型。为实现精准控制液压缸位移,提出了一种模糊PID自适应控制系统;为优化混动叉车在行车时发动机和驱动电机的工作效率并进行制动能量回收,基于发动机最优工作曲线提出一种制动能量回收控制策略。最后基于JB/T 11988—2014制定多种工况,运用AMESim和Simulink进行多种工况下仿真对比试验,验证该方法有效性,实现能量回收效率提升,势能与制动能量联合回收效率最高可达56.86%。

基于自能量回收的全双工CR-NOMA系统安全能效分析

为提高认知非正交多址(CR-NOMA)系统能源利用效率,并考虑实际无线环境中存在非法窃听用户,方案构建了基于自能量回收的全双工多中继CR-NOMA系统,采用无线携能通信(SWIPT)技术对全双工中继节点产生的环路自干扰信号进行自能量回收。在保证用户通信服务质量与最低能量捕获阈值的前提下,将多目标优化问题分解为中继功率分配系数优化、中继节点功率分割因子优化这两个子问题,研究系统安全能效最大化的问题。仿真结果表明,具有自能量回收技术的系统安全能效是无自能量回收方案安全能效的1.15倍,所提方案可以有效改善系统的安全能效,提高频谱利用效率。

振动能量回收减速带建模与动力学特性研究

为了开发应用振动能量回收减速带,分析振动能量回收减速带参数与汽车悬架参数的耦合特性机理。首先分析了液压式振动能量回收减速带的工作原理;其次,研究了减速带的动态模型激励函数,并建立二自由度车辆—换能器模型,并从换能器的作用机理入手,通过复模态理论分析车辆—换能器的振动模型动力学特性;最后,依据振动能量回收减速带与汽车悬架系统的耦合动力学模型,对采用不同参数的振动能量回收减速带对汽车运动特性的影响进行了分析;并从回收能量潜能大小的角度分析了汽车悬架参数对振动能量回收减速带运动特性的影响。为振动能量回收减速带的设计提供了理论参考。

基于恒压蓄能器非对称缸能量回收及强度校核

针对非对称缸工作装置在下降过程中存在较大的节流损耗问题,采用普通的蓄能器进行回收可以减小系统发热,但是当蓄能器内外压差小时,能量充放效果差,影响作业性能。因此,提出采用恒压蓄能器对非对称缸能量回收系统进行回收与利用,并对所提出的恒压蓄能器隔膜进行强度校核。首先,在Simulation X液压仿真软件中,搭建非对称泵驱动的非对称缸工作装置进行基于恒压蓄能器的能量回收系统仿真;然后,采用基于粒子群算法的并行优化设计方法,对影响回收效率的恒压蓄能器参数进行参数匹配,以提高能量回收效率;最后,对所提出的恒压蓄能器的隔膜进行强度校核与可行性分析。仿真研究结果表明:采用优化后的恒压蓄能器参数进行能量回收的方案,充放压力效果恒定,系统能量回收率达到18.9%。同时所提出的新隔膜方案满足设计强度要求,可为后续的恒压蓄能器的试制提供参考依据。

多功能融合智能化高压变量活塞电机泵马达的能量回收特性分析

为研究海水淡化的能量回收效率问题,采用AMESim软件对电机泵马达的液压系统进行整体仿真,研究在输入不同转速下的电机泵马达的流量特性及能量回收率。为验证仿真结果的准确性,建立电机泵马达测试试验台,将试验结果与仿真结果进行对比。结果表明:在生产等量淡水的情况下,带有马达能量回收的装置相较于不带马达功率回收的装置节能效果更明显,且适当提高转速能够增加节能效果;由于试验过程产生泄漏,使得泵与马达侧的试验流量低于仿真流量,但随着电机转速的提升,泵侧流量的差值逐渐增大,而马达侧的流量差值逐渐降低;在额定转速1 500 r/min的工况下,马达能量回收装置的能效利用率达到了95%以上。

北京市无供暖地下车库排风能量回收的节能经济性分析

针对寒冷地区无供暖地下车库排风能量回收是否节能经济的问题,对北京市某无供暖地下车库的内外空气温湿度进行了4年的测试,依据实测数据对地下车库排风显热回收的节能经济性进行了定量分析,分析了不同季节、排风位置和运行模式对排风能量回收的影响,并对其冬季结霜问题进行了分析。结果表明:在办公建筑间歇运行模式下,排风显热回收装置的平均节电量为空调季0.125 kW·h/(m~3/h)、供暖季0.547 kW·h/(m~3/h)、全年0.672 kW·h/(m~3/h),空调季平均能量回收比为9.1,供暖季平均能量回收比为16.2,平均投资回收期为5.9 a;在连续运行模式下,其平均投资回收期仅为2.0 a;排风显热回收装置在寒冷地区无供暖地下车库中应用可产生较好的节能和经济效益。

双能量源纯电动汽车制动能量回收控制策略研究

该文以前轮永磁直流电机驱动的双能量源纯电动汽车为研究对象,以开发合理高效的纯电动汽车制动能量回收系统及设计相应的控制策略为目的,建立了蓄电池、超级电容、双向DC/DC变换器等部件的数学模型,并进行了双能量源系统主回路、恒流恒压双闭环PI控制器设计研究,建立了系统的仿真模型并进行仿真。仿真结果表明,PI控制器可有效实现恒流恒压充放电过程,恒流充电以限制充电电流,当蓄电池达到额定电压或超级电容SOC饱和后再进行恒压充电,实现了保护储能元件并完全充电的目的。

超临界水氧化技术能量回收工艺

超临界水氧化技术具有高温、高压特点,高温产物的能量回收是实现超临界水氧化技术工业化的关键。设计2种超临界水能量回收工艺,以火用效率和能量效率为目标函数,研究预热温度400~600℃、体系压力21~29 MPa、透平压力0.1~23 MPa和乏汽温度160~200℃条件下能量回收情况。结果表明:其热能回收优先于压力能回收的工艺,预热温度600℃、反应压力23 MPa、透平出口压力0.1 MPa和换热器热流股出口温度为211.85℃时具有更高火用效率和能量效率,分别为87.7%和76.7%。优先回收热能有利于超临界水氧化技术发展。