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中国航海 2021年第1期44卷 56-62页

作者：温小飞管慧敏孟文杰朱浩纲浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022

针对船用燃料电池的供电问题,提出一种混合供电系统。建立以质子交换膜燃料电池堆(Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack,PEMFCs)为主,锂电池和超级电容(Ultra-Capacitor,UC)为辅的能源组成结构,构建PEMFCs-B-UC混合供电系统仿真模... 详细信息

针对船用燃料电池的供电问题,提出一种混合供电系统。建立以质子交换膜燃料电池堆(Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack,PEMFCs)为主,锂电池和超级电容(Ultra-Capacitor,UC)为辅的能源组成结构,构建PEMFCs-B-UC混合供电系统仿真模型,采用经典比例积分(Proportional Integral,pi)控制策略优化多源混合系统性能,合理分配能量功率。结果表明:PEMFCs-B-UC混合供电系统可通过能量管理策略实现各动力源之间的动态特性互补和协同响应,锂电池和超级电容迅速充、放电,可避免PEMFCs功率输出发生突变,满足在不同工况下船舶负载功率动态变化需求。

关键词：质子交换膜燃料电池混合供电系统经典pi控制策略动态协调

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基于PEMFCs技术的船舶混合动力系统设计与仿真

基于PEMFCs技术的船舶混合动力系统设计与仿真

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作者：管慧敏浙江海洋大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机的问题日益突出,海洋环境污染的恶化,新能源的应用成为热点。氢能是一种可再生的绿色新能源,氢燃料电池在船舶混合动力系统的应用不断发展,其中质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)尤为突出... 详细信息

随着全球能源危机的问题日益突出,海洋环境污染的恶化,新能源的应用成为热点。氢能是一种可再生的绿色新能源,氢燃料电池在船舶混合动力系统的应用不断发展,其中质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)尤为突出。质子交换膜燃料电池由于其高效、零污染及低噪音的特点,被认为是最有发展前景的清洁能源应用之一。然而,单一的PEMFC系统动力性和功率密度较差,故需通过结合其他供能方式例如锂电池、超级电容等的性能优势,进行高效结合,形成综合性能互补的多能源耦合船舶混合动力系统,以提高燃料经济性和系统稳定性。同时,开展能量控制策略方面的研究工作,保障多类供能方式动态性能的最佳运行状态,对于多能源耦合船舶混合动力系统而言,也将是核心研究内容之一。针对质子交换膜燃料电池堆动态特性调节能力差、伏安特性软等问题,首先研究了质子交换膜燃料电池堆系统、船舶混合动力系统的组成和结构,并对锂电池与超级电容的动态特性进行分析,形成了质子交换膜燃料电池堆-锂电池-超级电容(Proton Exchange Membrane Fuel Cell stack-Battery-Ultracapacitor,PEMFCs-B-UC)三者之间性能耦合技术路线,并进行了 PEMFCs-B-UC系统设计。其次,对PEMFCs-B-UC系统进行了模块化,并对各个模块进行了数学建模,引入经典pi控制策略,应用MATLAB/Simulink软件对母型船的PEMFCs-B-UC系统方案进行了性能动态仿真。最后,通过仿真结果分析与讨论,得出:PEMFCs-B-UC系统高能效的耦合质子交换膜燃料电池堆、锂电池、超级电容的动态性能,能满足船舶动力系统能源需要的动态响应要求,基于PEMFCs技术的船舶混合动力系统具有非常大的发展潜力和工程应用前景。

关键词：船舶混合动力 PEMFC 能量控制策略经典pi控制策略 MATLAB/Simulink仿真

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