客车用燃料电池系统开发研究

客车用燃料电池系统开发研究作者：卢兰光，诸葛伟林，欧阳明高，张扬军，裴普成，LuLanguang，ZhugeWeilin，OuyangMinggao，ZhangYangjun，PeiPucheng作者单位：清华大学,汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084刊名：汽车工程英文刊名：AUTOMOTIVEENGINEERING年，卷(期)：2007，29(4)引用次数：0次参考文献(12条)1.衣宝廉燃料电池-原理·技术·应用20032.十五863计划能源技术领域-电动汽车专项课题申请指南发布3.FreedomCAR&VehicleTechnologiesProgram4.卢兰光燃料电池多能源动力系统的研究20035.LiuChung.HoDonna.SuttonBobDevelopmentofaThermalandWaterManagementSystemforPEMFuelCell:DOEHydrogenProgramFY2004ProgressReportⅣ.H.320046.包成车用质子交换膜燃料电池系统建模与控制方法研究20057.OgburnMichaelJamesSystemsIntegration,Modeling,andValidationofaFuelCellHybridElectricVehicle20008.AdamsJA.YangW-C.OglesbyKA.OsbomeKDTheDevelopmentofFord'sP2000FuelCellVehicle[SAEPaper2000-01-1061]9.CollegeoftheDesertHydrogenFuelCellEnginesandRelatedTechnologiesCourseManual,Module5:FuelCellSystems.Revision0200110.Ballard公司燃料电池系统产品XcellsisTMHY-80参数11.JamesLarminie.AndrewDicksFuelCellSystemsExplained200212.刘蒙燃料电池系统分布式控制系统设计2005相似文献(10条)1.会议论文衣宝廉车用燃料电池系统现状与研究热点2007在简要介绍PEMFC原理、关键材料与电池系统之后，首先以加拿大巴拉德、美国通用、日本本田等公司研发的车用燃料电池系统为列，简要介绍了国际上车用燃料电池系统的现状；进而主要介绍我国在十五期间开发的轿车与城市大巴车低压燃料电池系统。2.学位论文吴明珺燃料电池发动机控制问题研究——气体压力控制2007质子交换膜燃料电池(PEMFC)是具有革命意义的新一代能源，近年来兴起的燃料电池汽车以其节能、清洁的优点代表了新一代汽车的发展方向。因此大力开发各种功率级别的安全、可靠的燃料电池系统成为了关键问题。由同济大学等机构研制的“超越”系列燃料电池轿车已经获得了阶段性的成果，但由于其燃料电池系统的燃料和空气是在低压(常压)状态下进行反应的，这造成燃料电池电堆的功率密度不高、响应速度不快以及加湿困难等问题，从而影响了燃料电池发动机的最大输出功率以及响应速度等动力性能。而高压燃料电池系统在解决这些问题上有着明显优势，由此引发了本文对高压燃料电池系统的研究。由于高、低压系统在控制要求上的主要不同在于：低压系统对反应气体的压力控制要求很低，而高压系统则有较严格的要求，因此本文围绕高压系统的气体压力控制以及与之相关的问题做了重点研究。本文首先介绍了燃料电池、质子交换膜燃料电池以及燃料电池发动机的基本工作原理，描述了高、低压燃料电池发动机辅助系统的组成，并简要说明了它们之间的不同。其次通过对燃料电池极化现象的研究和对MK902电堆的实验数据分析建立了燃料电池电堆的输出特性模型，并在此模型基础上分析了工作压力的选择对燃料电池发动机性能的影响。本文接着根据流体力学和热力学等理论建立了高压燃料电池发动机中空气供应系统的数学模型，其中包括压缩机、供气管道、阴极流场以及背压阀等，为研究高压燃料电池系统中空气压力的控制奠定了基础。然后进行了燃料电池发动机的控制策略分析。从燃料电池发动机的失效分析着手，提出了控制系统的功能和目标；并根据高压燃料电池系统的特点，在原有“超越三号”发动机控制流程的基础上，设计出新的控制流程。最后对高压燃料电池系统中的压力跟随控制问题进行了深入的研究。根据系统的特点，提出氢气压力跟随空气压力。从气路与电路的相似性出发，创造性的建立了氢气供应系统的“电路”模型，并根据此模型提出了适合的控制算法。3.期刊论文Honda展示新一代燃料电池系统/日立开发成功检查心脏病的小型心磁计/美国英威达公司推出两种新型尼龙纱线产品-高科技与产业化2004(6)4.学位论文陈圆圆PEMFC单体电池电压检测器及电子负载的设计开发2008燃料电池是一种高效、低噪音和少污染的洁净能源。在能源问题层出不穷的今天，燃料电池由于自身的优点已经成为全球能源研究的热点，其在固定电站，汽车及消费类电子中已经开始应用。在过去的几十年里质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术已经有了很大的进展，其具有在室温下快速启动、排水方便、使用寿命长以及比功率、比能量高等突出特点，特别适合为电动汽车、便携设备等提供动力。除了其内部电极性能和电池制造工艺外，监控系统也是影响质子交换膜燃料电池系统性能的一个重要因素。在质子交换膜燃料电池系统运行时，监控系统能够根据电池的实际运行状态、负载的要求等随时调节燃料的流量、电机的转速以及风扇的开和关，以保证燃料电池能够高效的运行。而在监控系统中，燃料电池单体电压检测系统是非常重要的部分。因为质子交换膜燃料电池系统的核心部分燃料电池堆是由多块独立进行电化学反应的燃料电池单板串联构成的。每片燃料电池单板在启动以及正常运行时有正常安全的输出电压范围，如果某一片燃料电池单板的输出电压不在正常范围内，那么这片燃料电池单板可能发生了故障。在燃料电池极板串联发电的情况下，一片燃料电池单板的故障必然造成燃料电池停止运行，由于燃料电池是电化学反应的载体，一片燃料电池单板的故障甚至会腐蚀整个燃料电池系统的核心部分燃料电池堆。所以确保每一片燃料电池单板的正常运行是质子交换膜燃料电池系统正常安全运行的必要前提。因此通过检测燃料电池单体电压来检测每片燃料电池单板是否正常就成为燃料电池运行系统过程中非常重要的检测环节。在质子交换膜燃料电池监控系统中，燃料电池单体电压检测系统是相对独立的部分。燃料电池单体电池电压检测系统可以集成在整个燃料电池监控系统中成为监控系统的一个子系统，也可以以燃料电池单体电压检测器的形式独立于燃料电池监控系统，在燃料电池外部独立使用。在燃料电池系统在开发以及正常运行的过程中另一个重要的检测装置是电子负载。电子负载基本原理是模拟燃料电池将要为之供电的负载或者常见负载来检测质子交换膜燃料电池单体电池系统在对应不同负载的情况下的输出电压和电流以及功率。这对于在开发过程中燃料电池系统的实际输出功率范围的测定是非常重要并且有效的。本文的研究就是基于用良好的监测系统来保证燃料电池系统正常运行以及良好运行的目的，在实验室研发的质子交换膜燃料电池系统的基础上，进行了PEMFC单体电池电压检测器和电子负载的开发。主要工作是：1.单体电池电压检测器的硬件设计，实现燃料电池堆的单体电池电压的巡回检测；2.电子负载的硬件设计；3.探讨进一步的优化方案，进一步提升检测模块的可靠性和经济性。5.期刊论文肖烁固体高分子燃料电池系统-家电科技2005(3)固体高分子燃料电池具有高效率和良好的环保性,在家庭,单位以及汽车等领域拥有广泛的应用前景.东芝国际燃料电池公司(TIFC)目前开发成功了1kW级家用系列,发电功率达到了35%的商用标准.除此以外,东芝还开发了一个5kW级的商用系统.为开发全球市场,针对燃料多样化,该系统采用了部分氧化改良方式,从起动到开始发电控制在9分钟之内,大大缩短了起动时间.6.学位论文明平文质子交换膜燃料电池热质管理及系统集成2005本文针对空气/氢质子交换膜燃料电池，基于扩散层多孔内多组分扩散和气(汽)液分层流汽化传质假设，建立了稳态、等温水传递模型。　　根据PEMFC的操作特性，为提高系统氢气(或氧气)利用率，提出了喷射循环方案。根据单喷嘴气体喷射器的工作原理，假设喷射器效率最优，得到了燃料电池用气体喷射器的设计方法。根据燃料电池系统的操作条件，选择了非拉伐尔型的锥形喷嘴，实验表明：稳态条件下60﹪操作条件范围内能较好满足燃料电池的反应器循环要求。针对车用条件，提出了喷射器的控制方法，并实际应用于车用系统。　　设计了低成本的大功率PEMFC电堆评价用直接接触式鼓泡塔增湿器。通过气体分散在液体中、实现直接接触传热、传质，来实现气体湿焓的增加，考虑了气体分散程度、含泡液层高度、捕沫结构等因素，并付诸了工程应用。　　配合轿车用燃料电池系统的开发，提出了采用重新标定车用散热器的方法完成了系统散热器匹配。根据传热学原理和车辆迎风模拟，提出了车用散热器在燃料电池系统种的能力标定方法。　　设计了30kW氢氧燃料电池系统的集成流程，根据伯努利方程，计算了流程当量直径和比摩阻，并计算了氢氧全回流条件下尾气的排放间隔。　　设计了轿车用40kW氢空燃料电池恒压操作系统工艺流程和控制逻辑，组织实施了轿车燃料电池系统的集成和调试。7.期刊论文陈亚昕.郑克文潜艇燃料电池系统:从最初的概念到系列产品-船电技术2003,23(1)由德国霍华德(HDw)船厂制造的未来潜艇将要用燃料电池装备不依赖空气推进器(AIP).早在上世纪70年代就决定在潜艇上安装燃料电池系统.在80年代做的试验证实了燃料电池用于潜艇的可行性.90年代令人欣喜的发展成果致使燃料电池系列产品装备到潜艇上,并将在2003年投入使用.必须严格地控制开发工作以达到系列生产的目的.本文从燃料电池电站的最初概念到系列产品整个发展过程进行了概述,陈述了现在所进行的开发工作,展望了未来前景.8.学位论文谢长君基于多模型控制的燃料电池汽车混合动力系统优化研究2009内燃机动力体现了整整一个世纪人类智慧的精华，但它致命的弱点是造成环境污染，而且世界的石油资源已日益枯竭，内燃机很难从根本上摆脱这一被动的不利局面。开发电动汽车，在能源环保形式日益严峻的情况下倍受瞩目。燃料电池电动汽车（FCEV，FuelCellElectricVehicle）是20世纪70年代产生而最近10年兴起开发的一种高效、清洁、零污染的车型。以质子交换膜燃料电池为动力源的汽车称为燃料电池电动汽车，而整车的动力系统结构及能量管理策略则是整个燃料电池电动汽车研究的热点及关键技术。本文正是以开发研究燃料电池电动汽车为背景，以燃料电池电动汽车动力系统为研究对象，从燃料电池电动汽车的电电混合动力系统结构入手，基于Advisor平台建立了电电混合动力系统的基本模型，并提出基于多模型切换控制的动力系统能量管理策略，仿真计算结果证明了该控制策略的有效性。本文主要研究成果如下：（1）提出了一种燃料电池电动汽车三能源电电混合动力系统的结构，即采用燃料电池系统、磷酸铁锂电池组及超级电容器组共同构成混合动力系统，在分析各能源特性及动力系统构型的基础上优化了电电混合动力系统的结构，并设计和确定了整车基本性能指标及动力系统关键参数；基于Advisor平台，以模块化的方式对动力系统每个子部件进行建模，在整车车辆模型研究的基础上，建立了整个电电混合动力系统的仿真模型。（2）针对难以用一个单一模型及控制方法来描述整个动力系统行为的问题，提出基于多模型切换控制的动力系统能量管理优化策略。通过对电电混合动力系统在不同工作模式（启动模式、加速爬坡模式、巡航模式及减速制动模式）下的能量管理模式及功率分配关系进行研究，设计了基于模糊监督规则的动力系统能量流多模型切换控制策略。（3）由于燃料电池系统动态响应偏软的特性将导致整车动力性不足，故在建立的动力系统能量流多模型基础上，提出了动力系统能量管理与燃料电池系统控制综合优化方案，即在加速爬坡模式下，有针对性的设计了