课程文献中心 更多>>

关键词： 质子交换膜燃料电池   冷启动   停机吹扫   辅助启动  

摘要： 在世界工业不断发展,环境污染不断加重,不可再生资源日益减少的大背景下,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)因具有高能量密度、清洁环保、高转化率、快速启动和响应等优点,成为了电动汽车及家用分布式发电装置的理想电源。PEMFC商业化面临的一个重要难题是在低于0℃的环境下难以实现启动,称为冷启动问题。PEMFC冷启动问题主要是由于在低温环境下,反应生成的水会在催化层累积并结冰,造成孔隙堵塞,使反应气体无法进入电池内部进行反应,导致电化学反应速率下降,反应生成热减少,电池温度上升缓慢。若电池温度在催化层被冰完全覆盖之前未上升至0℃,则冷启动失败。本文以PEMFC作为研究对象,通过对PEMFC冷启动过程进行数学建模,并结合辅助启动策略,实现电池在0℃以下成功启动。本文主要工作如下: (1)基于电化学、动力学、热力学等相关原理,综合考虑在低温环境下电池启动时内部的阶跃响应、水相变、能量传递等现象,建立PEMFC冷启动集总参数模型,并验证模型的正确性。 (2)基于集总参数模型,分析在不同环境温度下启动对电池性能的影响,探究在不改变任何参数的前提下,PEMFC在-30℃环境温度下自启动的可能性;分析在-30℃下,改变膜初始水含量、电流密度等参数对冷启动性能的影响,发现无法实现PEMFC成功自启动。 (3)建立PEMFC分布参数模型,并利用I-V曲线验证模型准确性。基于该模型,研究停机吹扫对膜含水量的影响,对PEMFC运行停机后残余水进行吹扫模拟;分析吹扫气体流速与吹扫气体温度对除水效果的影响,确定停机吹扫策略。 (4)为使电池温度在环境温度为-30℃下快速达到0℃,采用阳极不同空气分量氢氧催化反应辅助启动策略和不同加载电压模式辅助策略,发现电池温度能迅速上升,且阳极混合气体中空气分量越大,电池温度上升越快;加载电压越大,电池温度上升越慢,冷启动时间越长,启动成功率越高。 通过以上的研究,结合停机吹扫策略及加热策略进行仿真,确定PEMFC在-30℃下快速启动策略。

摘要： ~~

关键词： 大食物观   气候变化   气候韧性   森林食物   经济林   林下经济  

摘要： 发展森林食物对践行大食物观和应对气候变化具有重要作用。本文从大食物观的内涵出发，探讨森林食物与大食物观及气候变化的关联逻辑，并分析森林食物供给的现状、潜力与问题。本文发现，在集体林权制度改革和政策支持下，经济林和林下经济的食物供给能力持续增长，并且在可利用林地面积、单产提升以及生物资源开发等方面均有发展潜力。但同时森林食物系统也面临生产条件不利、产品附加值低、农户经营积极性低、气候变化威胁加剧以及政策支持有待完善等诸多问题。据此本文提出通过增加投入改善生产条件、促进三产融合、适度推进规模化经营、打造气候智慧型森林食物产业以及优化财税和金融支持政策等措施，夯实森林食物供给能力和气候韧性。

关键词： PEMFC空气供给系统   改进型跟踪微分观测器   模糊扰动观测器   基于扰动补偿的三步非线性控制   DC/DC变换器  

摘要： 随着全球环境保护意识增强及能源消耗急剧增加,新能源汽车成为未来交通发展的趋势。氢燃料电池由于具有高能效、高功率密度、低工作温度和零排放等优点被认为是理想的汽车能源。但是质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)在实际运行过程中,存在寄生功率大、堆内压力不稳定和输出电压特性较软的问题。针对上述问题,本文做了如下的研究工作: (1)采用机理与经验相结合的方法对车载PEMFC空气供给系统模型进行建模。通过实验数据与仿真数据,验证了所建模型的准确性。然后,给定不同的输入对系统进行仿真分析,确定了以空气流量与阴极压力作为空气供给系统的被控量,以提升输出净功率与保持堆内压力稳定。 (2)通过对PEMFC空气供给系统的控制需求分析,确定系统的关键变量,对空气供给系统模型进行降阶。以降阶模型的最大误差(Maximum Error,ME)、最大百分比误差(Maximum Percentage Error,MPE)、均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为指标,验证降阶模型的精度。针对阴极压力在实际工程中不可测量的问题,设计了改进型跟踪微分观测器对阴极压力实时估计,通过仿真实验表明了该观测器有良好的性能,并在理论上证明了稳定性。 (3)设计了模糊扰动观测器对误差与环境扰动实时估计,消除降阶模型没有考虑电堆阴极流场气体湿度和未知扰动的影响,以提高系统的鲁棒性。基于模糊扰动观测器,提出了两种控制策略:带有扰动补偿的三步非线性控制和反馈线性化控制,实现空气流量和阴极压力的协同控制。仿真实验结果表明,基于扰动补偿的三步非线性控制在控制流量和阴极压力方面的RMSE比基于扰动补偿反馈线性化控制小0.07kg/s和0.99 k Pa,响应更快,超调量更小,控制精度更高并通过温度突变仿真实验,验证了其鲁棒性。 (4)由于燃料电池输出电压特性较软,通过双PI闭环控制升压型DC/DC变换器,调节燃料电池输出电压至负载需求的电压。然后,将空气供给系统和DC/DC变换器整合在一起,采取了分散结构的协同控制,实现了空气流量、阴极压力和电压的协同控制。最后,通过处理器在环测试(Processor in the Loop,PIL)验证了策略的准确性。

关键词： 氢燃料电池挖掘机   混合动力系统   能量管理策略   模糊控制   NSGA-Ⅱ算法  

摘要： 在碳达峰、碳中和的时代大背景下,工程机械也在积极向新能源方向转型。氢能具有零碳、零污染的特性,是理想的清洁能源。相关研究表明,氢燃料电池是内燃机的实用替代品,也是工程机械理想的新能源解决方案。但氢燃料电池具有响应慢、输出特性偏软的特点,因此氢燃料电池挖掘机多采用“氢燃料电池+动力电池”混合动力的方案弥补其在响应速度上的不足。混合动力系统的能量分配直接关系到系统的整体燃料经济性和氢燃料电池的使用寿命。因此论文考虑了挖掘机功率需求剧烈波动的工况特点,结合某企业实际氢燃料电池挖掘机项目开发的需要,以提高混合动力系统燃料经济性和延长燃料电池寿命为目标,设计了混合动力系统的能量管理策略。 论文主要完成了以下研究任务: 首先,根据挖掘机的工况特点设计了氢燃料电池挖掘机多工况试验,采集典型的“挖掘—带料回转—卸料”高负荷工况、中负荷的平整工况、低负荷的行走工况和怠速工况的工作数据。对所采集的数据特征进行分析,并构建了用于仿真和验证的两个典型循环工况。 其次,根据挖掘机的工况特点,设计功率跟随能量管理策略,将混合动力系统优化分为四个状态,在每个状态下设计对应的能量管理规则,不同状态之间根据驱动油泵的电动机需求功率和动力电池荷电状态(SOC)的变化进行切换。根据能量管理策略设计的两个目标:燃料经济性和燃料电池寿命,设计了两种基于模糊控制的能量管理策略。这两种策略分别采用直接控制燃料电池输出功率Pfc的方法,和通过控制燃料电池输出功率缩放比例系数kp间接控制燃料电池输出功率的方法,完成需求功率在氢燃料电池和动力电池两个能量源之间的分配;以减小等效氢耗和燃料电池寿命衰减为目标,利用基于精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对上述两种基于模糊控制的能量管理策略进行参数优化;进一步根据两种模糊控制在动力电池不同SOC条件下的表现特点,设计了基于动力电池SOC条件辨识的能量管理策略。 再次,在MATLAB\Simulink中搭建了燃料电池、动力电池、驱动电机的数学模型,并利用实际试验数据对模型的合理性进行了验证。基于燃料电池效率模型和净能量改变量理论建立了燃料电池等效氢耗模型、根据燃料电池性能衰减理论建立了燃料电池寿命衰减模型,将各部分模型联合形成整个混合动力系统的仿真模型。 最后,在两个典型循环工况下,结合动力电池不同的初始SOC,对所设计的几种能量管理策略进行仿真分析。并从动力性、燃料经济性、燃料电池寿命保护三个方面对所设计的策略进行评价。试验发现:论文设计的几种能量管理策略均能满足挖掘机的动力性要求、模糊控制能量管理策略的响应性要好于功率跟随策略;当动力电池SOC较低时,参数优化后的基于Pfc的模糊控制能量管理策略的燃料经济性和燃料电池寿命抗衰性较好;在动力电池SOC较高时,参数优化后的基于kp的模糊控制能量管理策略的燃料经济性和燃料电池寿命抗衰性较好;基于SOC条件辨识的模糊控制能量管理策略在不同初始SOC条件下的燃料经济性、燃料电池寿命抗衰性均较好。

摘要： 气候变化和人类的应对措施正在深刻影响着当今和未来的世界。第28届联合国气候变化大会（COP28）于2023年11月30日至12月13日在阿联酋迪拜举行。这个意义重大的全球舞台，再次见证了人类命运和各国、各行业的利益之间的协同作用和冲突。在过去二十年里，可再生能源、电池和电动汽车等技术和产业取得了巨大进展，成为碳中和承诺的关键推动力。然而，冲突、