Application of Solid Oxide Fuel Cell-Auxiliary Power Unit on Different Trucks in Northeast China

A diesel engine of conventional trucks has a low efficiency under the idling condition,leading to a high cost for heating or cooling in the cab during night. The solution to this problem will have great significance on energy conservation and emission reduction. A new auxiliary power unit of solid oxide fuel cell( SOFCAPU) with high efficiency solves this problem perfectly. Heat pump air conditioner is considered as a promising device for the application of SOFC-APU with a high cooling and heating efficiency. To make a quantitative analysis for the application of SOFC-APU,a model is built in Matlab / Simulink. The diesel engine model and SOFC-APU model are fitted based on some experimental data of SOFC-APU and diesel engine during the idling operation. An analysis of the application of SOFC-APU on different trucks in Northeast China is comprehensively made,including efficiency and emission.

基于改进鲸鱼算法优化GRU的PEMFC老化预测

为提高质子交换膜燃料电池(protonexchange membranefuelcells,PEMFC)老化预测的可控性和预测精度,提出一种基于改进的鲸鱼优化算法(improvedwhale optimizationalgorithm, IWOA)优化门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)神经网络的PEMFC电压预测方法。采用IWOA获得GRU的最优超参数组,再利用GRU准确预测PEMFC电压。采用静态、准动态和动态工况下3组老化实验数据集,将提出的方法与反向传播神经网络、极限学习机、循环神经网络、长短期记忆神经网络、GRU和鲸鱼算法优化门控循环单元这6种方法相比较,所提出方法具有最高的老化预测和剩余使用寿命(remainingusefullife,RUL)估计精度。在静态、准动态和动态工况下,训练集占比为50%时,相比于GRU,所提出方法的预测结果的均方根误差分别降低56.99%、35.12%和9.95%。因此,该方法能够实现高精度PEMFC老化趋势和RUL预测。

一体式再生燃料电池双功能氧电极高分散工艺研究

一体式再生燃料电池(PEM-URFC)将燃料电池和电解池融为一体,正向耗氢发电,反向电解产氢,是理想的储能装置。双功能氧电极(BOE)是承担氧还原反应与析氧反应的核心场所,通常由Pt和IrO_(2)两种材料混合制备而成。制备BOE的浆料难分散,导致催化剂利用率低、耐久性差。为了克服上述难题,本研究通过结合巯基-聚乙二醇-羧基稳定剂与间隔超声分散工艺的方法,提升了Pt-IrO_(2)浆料的分散效果和稳定性,并在此基础上制备了高分散的BOE。实验结果表明,本研究所制备的BOE富含纳米级孔,相较于通过持续超声分散工艺制备的BOE,催化剂利用率更高。极化性能测试结果表明,由本研究制备BOE所组装的PEM-URFC在0.5 A/cm^(2)工作条件下双向效率最高可达51.12%,比由持续超声分散工艺制备BOE所组装PEM-URFC的双向效率高9%;此外,在3000次加速实验后,由本研究制备BOE所组装的PEM-URFC双向效率仅衰减0.249%,低于由持续超声分散工艺制备BOE所组装PEM-URFC的1.675%。本工作所提出的结合稳定剂与间隔超声分散工艺提升分散效果的方法,对优化双功能电极的制备工艺具有一定的参考价值。

融合注意力机制的CNN-GRU燃料电池老化趋势预测

精确预测燃料电池老化趋势不仅能为电池健康管理和剩余寿命估计提供可靠依据,而且在提高电池安全性方面具有重要意义。提出一种融合注意力机制的CNN-GRU燃料电池老化趋势预测模型。首先根据电池老化特性和皮尔逊相关系数,构建由堆电压、电压最大偏差率和电流组成的混合老化指标作为输入。然后利用注意力机制对CNN卷积特征进行进一步权重评估,凸显重要特征,弱化次要特征。同时,探究SE-Block、ECA-Block、CBAM-Block三种注意力机制模块对预测精度的影响。实验结果表明,所提出的混合老化指标作为输入能够获得更贴近实际老化趋势的预测效果。对比GRU基线模型可知,融合注意力机制之后,平均绝对值误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别最少降低30.01%、29.39%,其中CBAM-Block模块性能最佳,MAE和RMSE分别减少72.72%、63.14%。

Stadler为美国开发首列氢燃料电池列车FLIRT H_(2)

为美国加利福尼亚州圣贝纳迪诺县交通局(SBCTA)设计的FLIRT H_(2)是Stadler公司替代牵引方案的最新产品。其将是应用于美国铁路客运领域的首列氢燃料电池列车,计划于2024年在加利福尼亚州投入商业运营,装配模块化、可扩展的氢气混合动力包,可为2~4节车厢提供电能。文章重点介绍FLIRT H_(2)的概念设计及技术实现情况,包括车辆结构、牵引系统布局、技术参数、模块化设计、燃料电池、储氢系统、能源效率等,以期为后续氢燃料电池列车的开发设计提供参考和借鉴。

带有支撑层的一体式再生燃料电池新结构及性能分析

针对一体式再生燃料电池(URFC)双向性能低的问题,以多孔传输层(PTL)与催化剂涂覆膜(CCM)之间界面接触为切入点,提出一种包含支撑层的新型URFC结构,并对PTL结构参数进行优化。通过极化曲线和电化学阻抗谱分析了不同结构URFC的性能。实验发现:钛毡纤维结构细密化有利于提升URFC双向性能,当电流密度为1.5 A/cm 2时,带有支撑层的URFC相比传统URFC,在燃料电池模式下电压上升了69 mV,在电解槽模式下电压下降了12 mV;新结构URFC具有更小的接触阻抗及质子传输阻抗,比燃料电池模式的高频阻抗下降了16.2%。压敏纸实验和电镜测试表明,支撑层可以使催化层与PTL之间的宏观接触应力分布更加均匀,改善了钛纤维与催化层之间界面的微观接触状态,有利于提高电子传输效率及反应动力。研究可为一体式再生燃料电池结构设计及优化提供参考。

基于一体式再生燃料电池的并网型微电网系统建模及分析

一体式再生燃料电池(unitized regenerative fuel cell,URFC)是一种集成了燃料电池发电与电解水制氢于一体的电化学装置,与风力、光伏发电相结合后,在并网型微电网系统中具有广阔的应用前景。为此,提出结合URFC、风电机组、光伏机组和传统电网的并网型微电网系统模型,并采用净现值作为衡量系统投资合理性的经济指标。以湖北地区某工业园区为研究对象,提出氢电供应因子用于协调并网型微电网系统的能源调度,并通过粒子群优化算法对系统进行设备容量优化和投资评估。结果表明:并网型微电网系统存在最优系统容量配置,当氢电供应因子为0.8时,微电网系统的净现值为最大值,具有良好的投资可行性。

一体式可再生燃料电池双功能氧催化剂的研究进展

双功能氧催化剂的催化活性及稳定性是决定一体式可再生燃料电池能否高效运作的关键因素之一。得益于分别对于氧还原及氧析出反应特定中间产物适当的结合能,铂与铱、钌及其氧化物所制成的贵金属催化剂常被应用于一体式可再生燃料电池中作为双功能氧催化剂。同时,近年来对于非铂族双功能氧催化剂的研究也取得了较大进展。本篇综述从一体式可再生燃料电池中氧还原及氧析出反应的作用机理出发,首先着重对传统铂基双功能催化剂的构效关系进行了总结,其次介绍了钙钛矿型、尖晶石型氧化物、非金属等新型双功能氧催化剂的发展趋势。此外,本文对于该研究领域所存在的限制条件和发展路线也进行了总结与展望。

氢燃料电池动车组氢动力系统能量控制单元关键技术

以某型氢燃料电池动车组的氢燃料动力系统能量控制策略为例,系统地论述了氢燃料电池动力系统的能量管理策略和故障诊断策略,并通过系统联调对启停机、加减载及能量管理等控制功能进行验证。验证结果表明,所提控制方案可实现对氢燃料电池动力系统稳定可靠的控制,且实时性和跟随度较好,能够满足整车应用要求。

基于“双碳”目标的中国火力发电技术发展路径研究

火力发电是中国最主要的电力来源和CO_(2)排放来源,火力发电行业的CO_(2)减排是顺利实现“碳达峰、碳中和”目标的重要保证。为了探究“双碳”背景下中国火力发电技术发展路径,结合中国火力发电行业发展历程以及中长期电力消费结构展望,预测中国火力发电技术将从注重高参数、高效率向调峰灵活性转变。针对超高参数火力发电技术、灵活性调峰技术,以及整合煤气化联合循环发电(integrated gasification combined cycle,IGCC)/煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)联合循环技术进行了探讨和研究,发现超高参数火力发电技术发展受限于耐高温材料,灵活性改造能有效延展火力发电技术的生命周期,认为IGCC/IGFC发电技术是兼具高效率、灵活性的洁净煤发电技术,并提出煤气(油)电一体化能源基地的应用场景。展望2060年,建议加强煤气化/净化技术、燃料电池发电技术、IGFC系统集成控制技术的研发,助力中国顺利实现碳中和。

可逆质子交换膜燃料电池研究进展

可逆质子交换膜燃料电池(RPEMFC)是一种在同一装置上实现水电解(充电)和燃料电池发电(放电)两种功能的储能电池。随着PEMFC技术的迅速发展,RPEMFC开始引起人们更多关注。介绍了它的工作原理,对电催化、膜电极(MEA)制作、电池性能以及应用等方面的研究进展进行评述。双效氧电极(氧还原和氧气析出)是RPEMFC的技术关键,但其电催化剂的双效高活性功能以及稳定性还没有得到很好解决。由于它的理论比能量高(可达3 600 Wh/kg),可靠性好,并且寿命长,因此RPEMFC在许多蓄电池的应用领域,特别是对质量有严格限制的场合(如航天飞机和太阳能飞机等),将得到广泛应用。

空冷燃料电池最佳温度及模糊增量PID控制

提出用空冷型质子交换膜燃料电池堆为机器人驱动电机供给电能。基于对热传递的分析,建立空冷型燃料电池温度场热模型方程。通过实验得到不同电流和电压负载时可使燃料电池输出功率最大的最佳温度值,以及不同电堆温度下,电池可稳定输出的功率情况。设计模糊增量PID温度控制算法,利用模糊规则推理来优化调节PID参数,建立加权平均去模糊化方法。给出电堆温度测控系统实现方案和控制器关键硬件选型。在自制实验台上,针对100W燃料电池开展实验研究,用风扇调节电堆温度。温度控制实现±0.5℃精度。实验结果证明最佳温度合理,模糊增量PID控制满足电堆温度控制要求,适用于缓慢的负载变化。

燃料电池轿车用PCU水冷装置的设计与试验

提出了一种燃料电池轿车用DC/DC,DC/AC集成系统动力控制单元(PCU)的高效低阻水冷装置的设计方法.根据强化传热原理,将发热元件贴在水冷装置上,热量传导到装置内部,再由对流换热传递给冷却水带出到外部冷却设备进行散热.采用加菱形肋柱强化散热的设计思路,增加散热面积,同时由于肋柱使流道面积减小,冷却液流速增大,能有效地提高PCU的工作效率、增加工作寿命、改善工作条件.最后建立了试验测试平台进行验证.

一体式可再生燃料电池

一体式可再生燃料电池是可再生燃料电池中最先进的一种,它是在同一组件上既可以实现燃料电池功能又可以实现水电解功能的储能和供电系统,具有能量密度高、使用寿命长、使用中无自放电且无放电深度及电池容量的限制等优点,是极有希望在空间、军事及可移动电源领域替代传统二次电池的储能系统。本文介绍了一体式可再生燃料电池的研究进展,并提出了目前亟待解决的问题。

一体式再生燃料电池双效膜电极的研究

对一体式再生燃料电池双效膜电极进行研究,重点考查了膜电极制备工艺、双效电极催化剂和扩散层材料的影响,并用(SEM)对膜电极表面结构进行表征。结果表明:采用CCM工艺制备的双效复合膜电极表现出优异的燃料电池和水电解双功能特性以及循环稳定性,在燃料电池模式运行时,工作电压为0.708 V@1 000 mA/cm2;水电解模式运行时,工作电压为1.623 V@1 000 mA/cm2,URFC循环运行100 h,电池表现出良好的稳定性。膜电极表面结构和极化特性分析表明:CCM膜电极制备工艺实现了催化层和质子交换膜的一体化,改善了电极与质子交换膜界面稳定性,提高了膜电极的电性能和循环稳定性。IrO2扩散层提高了膜电极在高电解电位下的耐蚀性能,促进了膜电极在循环运行中的稳定性。

燃料电池——21世纪常规潜艇的新能源

描述了常规潜艇 Ａ Ｉ Ｐ（ Ａｉｒ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ） 动力装置系统的发展状况，探讨了燃料电池 Ａ Ｉ Ｐ的基本原理、特点及发展现况，由此展望２１ 世纪燃料电池新能源将成为常规潜艇的发展方向。

利用V型开发模式研制燃料电池混合动力客车的整车控制器

按照V型开发模式对燃料电池城市客车的整车控制器(Vehicle control unit,VCU)进行了开发,取得了初步的 成功,所开发的整车控制器成功装车运行。按照V型开发模式的各个阶段,对以32位单片机为核心的控制器开发 过程的核心关键问题进行了分析和探讨。不仅初步制定了控制器过程中的各种规范标准,例如高低温冷热冲击、 电磁兼容测试、振动冲击等,还搭建了开发VCU的开发和调试平台,为规范评价VCU的各种性能指标、采取针 对性的设计措施奠定了基础。对控制算法的图形化编程、OSEK标准的嵌入式实时操作系统的应用、控制代码在线 升级、网络化的监控和通信等关键的技术在VCU中的集成进行了探索。

空冷型PEMFC阳极排气周期实验研究

针对不同负载和阳极排气周期,对自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行实验。在实验过程中用单电池巡检系统监控各单体电池的电压,红外热像仪测量电堆表面的温度分布。在恒压输出模式下,随着阳极排气周期和负载的增大,单体电池的电压差逐渐扩大。当排气间隔为50 s(单体电池电压设定为0.6 V)时,平均电压最大偏差达0.2 V,出现该现象的原因是高负载输出时,如阳极排气不及时,更容易发生水淹。

燃料电池电动汽车(Ⅰ)

燃料电池电动汽车FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)是汽车工业可持续发展的主要方向之一。本文重点介绍现代燃料电池电动汽车的燃料、质子交换膜燃料电池,燃料电池发动机和燃料电池电动汽车的结构和原理等,阐述我国自行开发的燃料电池电动汽车和国外新一代燃料电池电动汽车。

一体式再生燃料电池性能

报道了反应条件对一体式再生燃料电池单体电池性能的影响,并对单体电池的极化特性和循环稳定性进行测试。结果表明:URFC单体电池表现出优异的电性能和良好的循环稳定性。双模式工作条件下,反应温度控制在60～70℃比较合适。在燃料电池模式下,提高氧气压力可以更显著的提高电池性能;在氢气相对湿度为100%条件下,氧气相对湿度对电池性能影响不大,当电流密度大于500 mA/cm2时,采用干态氧气和相对湿度为100%氧气时,电池性能趋于一致。