第62卷 第1期 化 工 学 报
Vo l 62 N o 1
2011年1月 CIESC Journal Januar y 2011
研究论文
U UV 闭式循环燃料电池系统与
推进功率匹配控制
严浙平,吴越媛
(哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:针对用蓄电池作为能供系统的水下无人潜航器(U U V)经常需要回到母船或岸基进行充电,不能够实现长期水下航行的问题,提出并设计了一种适用于U U V 的新能源系统 闭式循环燃料电池系统,可在U U V 排水量不变的情况下提高其水下续航能力。为了实现闭式循环燃料电池系统与U U V 输出功率匹配控制,依据燃料电池的化学、热工流体等特性建立了其数学模型,通过仿真实验分析得到了影响质子交换膜燃料电池(PEM F C)输出电压的主要因素,同时采用BP 算法和模糊规则设计了一种控制策略。仿真实验结果表明,提出的闭式循环燃料电池及其控制系统能满足与U U V 推进功率匹配的要求,为下一步的实验系统研制奠定了基础。关键词:U U V ;闭式循环;燃料电池系统;功率匹配中图分类号:T Q 515 8 文献标志码:A
文章编号:0438-1157(2011)01-0170-09
Control strategy for power matchin g between closed loop circu lation
fuel cell system and U UV propulsion system
YAN Z heping,WU Yueyuan
(Col lege of A utomation,H ar bin E ngineer ing Univer sity ,H ar bin 150001,H eilongj iang,China)
Abstract :T he U nm anned U nder sea Vehicle (UU V)using batteries as its pow er had to go back to mother ship or seasho re fo r charg ing frequently Aiming at the problem that could not endure a long time in underw ater nav ig ation,a new energ y system,i e closed loop circulation fuel cell system ,w as proposed and designed,w hich can pro long the underw ater navigation tim e w hile the displacement of U UV remained unchanged Based on chemistr y and therm ody namic fluid char acteristics o f Proton Ex chang e M embrane Fuel Cells (PEMFC),mathem atical m odel for clo sed loop circulation fuel cell system w as established The main influence factors for output v oltage w as analyzed,and a new co ntrol strategy by m ix ing PB ar ithmetic and fuzzy rules w as desig ned,w hich allow ed to control the pow er matching of U UV propulsion system Simulation results show that the new contr ol str ategy can meet po w er demand o f U UV,and pro vide the foundation for development o f a exper im ent system
Key words :unmanned undersea v ehicle;closed loop circulation;fuel cell system ;pow er m atching
2010-03-11收到初稿,2010-06-03收到修改稿。
联系人:吴越媛。第一作者:严浙平(1972 ),男,博士,教授。
引 言
近年来,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在
我国的汽车行业里发展很快,清华大学和同济大学 Received date :2010-03-11
Correspon ding author :WU Yueyuan,yueyu anw u@163 com
联合大连化学物理研究所和上海神力公司等机构,在2002年分别组装成功中国第一辆燃料电池城市
客车和第一辆燃料电池轿车[1]。国内将PEM FC 应用在水下无人潜航器(UU V)的研究很少,中科院自动化研究所和大连化学物理研究所合作,将PEMFC 用于U UV 上,进行了负载实验、性能实验,并根据实验数据提出了PEM FC 在UU V 上运行的改进措施
[2]
。相比而言,国外已经有很多将
PEMFC 应用于水下平台的成功案例。1992年,德国海军首次将燃料电池加柴油机的混合推进系统用于212型潜艇,并试验成功。2002年,日本海军[3]
首次成功地将PEM FC 用于U UV 中,完成了220km 的长距离自主航行。
在PEM FC 系统建模和U UV 推进系统建模的领域上已经有很多人作了研究。Jay 等
[4 5]
建立了
PEMFC 的模型。Zhao 等[6]
建立了PEMFC 系统的
数学模型。李殿璞等[7]建立了U UV 的推进系统模型。然而,上面提到的PEM FC 系统模型是为一般
PEMFC 系统建立的,而本文根据闭式循环PEM FC 系统的实际情况在之前模型的基础上进行了改进。
本文的目的是设计一种适用于UU V 的闭式循环PEMFC 系统,并为此系统建立数学模型,最后仿真验证此系统与UU V 的功率需求匹配控制策略的可行性。
1 系统介绍
1 1 闭式循环PEMF C 系统结构介绍
本文研究的PEMFC 系统需要在U UV 内部这个特殊的环境下工作,所以选用的是H 2/O 2PEM FC,并将一般PEM FC 系统改进为闭式循环PEM FC 系统。如图1所示。
根据图1,在质子交换膜燃料电池电堆(PEM FC)(1)周围有5个辅助子系统:氢气供应子系统依次包括耐高压氢气罐(11)、氢气过滤器(13)、氢气侧减压阀(12)、氢气侧电磁阀(14)、氢气侧气体调节阀(15)、PEMFC 阳极侧(1);氧气供应子系统依次包括耐高压氧气罐(31)、氧气过滤器(33)、氧气侧减压阀(32)、氧气侧电磁阀(34)、氧气侧气体调节阀(35)、PEMFC 阴极侧(1);水热管理子系统依次包括氢氧加湿器(17)和(42)、水路背压调节阀(69)、水泵(67)、板式换热器(64)、PEMFC 水侧(1);汽水回收子系统依次包括汽水分离罐(24)和(36)、
调节阀(22)和(39);氮气扫气子系统依次包括
图1 适用于U U V 的闭式循环PEM F C 系统结构图Fig 1 Str ucture of closed loo p P EM FC system
suitable for U U V
耐高压氮气罐(51)、氮气侧减压阀(54)、氮气侧电磁阀(55)、气体调节阀(15)和(35)、电磁阀(56)和(69)、PEMFC (1)。
闭式循环PEMFC 系统需要满足在有限的空间内工作、低噪声、内部的液态水量变化不引起U UV 姿态变化等条件。与一般PEM FC 系统相比,主要有以下几点不同:
(1)在汽水回收子系统中,对阳极侧和阴极侧的尾气进行了回收,和进气一起参加反应。气体一直在闭环管路中流动,没有泄漏。本文使用一个压力传感器、一个开关装置和一个调节装置代替气体循环泵完成氧气和氢气的回收利用,根据传感器测得的气体背压大小来调整调节阀(23)和(37)的开度,控制阴极侧/阳极侧气体压力在一个范围内,不会出现膜两边压差过大的现象,并且在回收气体的同时回收了热量。
(2)将加湿器串联在水热管理子系统中,简化了辅助子系统的管路设计,PEM FC 系统装置体积变小。并且选用日本Perma Pure 公司的列管式加湿器,气体在列管中流动,而水在壳程中流动,经过预算进气湿度达到100%。
(3)由于PEMFC 装置内有液态水生成,在U UV 航行过程中,液态水水量会发生变化,会引起U UV 的姿态改变,本文基于这个问题对PEM FC 系统装置加以改进。将汽水回收子系统的汽水分离罐放在水热管理系统的去离子水罐的上面,中间有电磁阀(82)和(81)。每过一段时间,打开
171 第1期 严浙平等:U U V 闭式循环燃料电池系统与推进功率匹配控制
电磁阀,让汽水分离罐中的水汇集到去离子水罐中。将水罐放在U UV 的重心处,UU V 在航行过程中,如果液态水水量变化了,U UV 姿态基本不改变。
(4)由于UU V 在海洋环境下航行,海流有推动燃料电池系统内部气体流动的作用,在闭环燃料电池系统的汽水回收子系统中,省略了2个气体循环泵。系统噪声降低减弱对声学设备的干扰的同时,节省了辅助设备消耗的能量。本文还充分利用了UUV 在海水里航行这个优势,通过调节海水流量自动冷却换热器。
1 2 U U V 推进系统信号流介绍
根据图2,水面计算机给出速度指令信号,声学传感器将水面信号传给水下UU V;U UV 控制单元根据接受到的速度信号、量测到的回路电流信号和量测到的海水温度信号解算得到PEM FC 阴极侧/阳极侧气体压力需求、PEMFC 阴极侧/阳极侧气体背压需求、DC/DC 转换器转换电压值和换热器海水冷却流量需求;PEM FC 系统控制单元通过调整背压调节阀的开度满足PEM FC 阴极侧/阳极侧气体压力需求;
最后给推进器、舵和仪表供电。
图2 U U V 推进系统信号流图
F ig 2 Signal flow diag ram for U U V propulsio n sy stem
当水面计算机给出控制信号要求U UV 启动,闭式循环PEM FC 系统启动,水热管理子系统依次打开水泵、水路背压调节阀和氢氧加湿器。同时,氢气供应子系统和氧气供应子系统依次打开减压阀、电磁阀。汽水分离罐和去离子水罐之间的电磁阀,每隔一段时间之后开启,将汽水分离罐中的水流入去离子水罐中。
当水面计算机给出控制指令要求UUV 改变速度,气体调节阀和水路背压调节阀根据协调U UV 功率匹配的控制策略和燃料电池系统内部的控制策
略作出相应的动作。
当水面计算机给出控制指令要求UU V 停车,或者闭式循环PEM FC 系统遇到紧急报警要求停车,水泵、氢气电磁阀和氧气电磁阀立刻同时关闭。
2 闭式PEM FC 系统模型和U U V 推
进系统模型
2 1 闭式循环PEMFC 系统模型
PEM FC 本身能够高效率地发电,而受到外围辅助子系统的影响,闭式循环PEM FC 系统发电效率降低。根据图3,闭式循环PEMFC 系统模型主要实现以下功能:当UU V 速度需求发生改变时,整个回路中的总耗电流量发生变化,根据U UV 推进系统模型和外界环境模型得到实时的总耗电流量。当回路总耗电流量发生变化时,闭式循环PEM FC 系统输出电压也会发生变化,为了满足U UV 的功率需求,需要实时调整阴极/阳极气体压力。而影响阴极侧/阳极侧气体压力的因素是阴极侧/阳极侧的背压值和阴极侧/阳极侧气体过量
系数。
图3 闭式循环P EM FC 系统模型Fig 3 M o del for closed loo p P EM FC system
闭式循环PEMFC 系统模型的输入值是过量系数、背压压力和电流密度,输出值是单片电压值。本文将闭式循环PEM FC 系统模型分为两部分:PEM FC 模型和外围辅助子系统模型。
(1)PEM FC 模型
假设水热管理子系统得到很好的管理,PEM FC 温度保持在80!,气体的进气湿度为100%。
172 化 工 学 报 第62卷
PEMFC数学模型的输入值是电流密度和阴极侧/阳极侧气体压力,输出值是单片电池的电压。基于电化学原理和实验数据得到了很多经验公式,这些公式可以用来预测PEM FC状态。本文建立的PEMFC数学模型的经验公式是基于文献[8]。
v fc=E-v a ct-v o hm-v co nc(1) E=1 229-0 85?10-3(T fc-298 15)+
4 3085?10-5T fc[ln(p H
2)+1
2
ln(p O
2
)](2)
v act=v0+v a(1-e-c1i)(3)
R=t
(4)
v conc=i c2
i
i max
c3(5)
由于气体的进气湿度为100%,得到
p O
2
=p ca-p sat(353 15)(6)
p H
2
=p an-p sa t(353 15)(7)式中 E是开路电压值,V;v act是活化过电压值, V;v ohm是欧姆过电压值,V;v conc是极化过电压
值,V;p O
2、p H
2
、p sat(353 15)分别是阴极侧
氧气压力、阳极侧氢气压力和80!时水的饱和蒸气压,Pa。
(2)闭式PEM FC系统外围辅助子系统模型
假设氢气和氧气都是理想气体,基于理想气体的热力学方程、物料守恒方程、喷管流动方程和等熵流动方程,给闭式循环PEMFC系统的外围辅助子系统建立模型。闭式循环PEM FC系统中未反应完的氧气需要进行二次反应。本文分为阴极进气模型、阳极进气模型、质子交换膜水含量模型和尾气回收气体模型4个部分[8 10]来建模。
阴极进气模型
d m O
2 d t =W O
2,in
+W O
2,out
-W O
2,react
(8)
d m w,ca
d t
=W v,ca,in+W v,ca,o ut+W v,gen+W v,membr(9)
W O
2,react =M O
2
n I s t
4F
(10)
W O
2,in = ca W O
2,rea ct
(11)
W v,ca,ge n=M v nI st
2F
(12)
p ca=
m
V ca
R mix T st=
m O
2,ca
M O
2
+m w,ca
M w
V ca
RT st(13)
式中 m O
2
、m w,ca分别是阴极侧氧气总量和阴极侧
水量,kg;W O
2
,in、W O2,out、W O2,react、W v,ca,in、W v,ca,out、W v,gen、W v,memb r分别是阴极侧氧气进气量、尾气中氧气含量、已消耗氧气量、阴极侧进水量、尾气中水含量、反应生成水和质子交换膜上水含量,kg s-1; ca是氧气过量系数;I st是PEM FC电流,A;V ca是阴极腔体积,m3;T st是PEM FC温度,K。
阳极进气模型
d m H
2
d t
=W H
2,in
+W H
2,out
-W H
2,react
(14)
d m w,an
d t
=W v,a n,in+W v,an,out+W v,me mbr(15)
W H
2,re act
=M H
2
nI st
2F
(16)
W H
2,in
= an W H
2,re act
(17)
p a n=
m
V an
R mix T st=
m H
2,ca
M O
2
+
m w,ca
M w
V a n
RT s t(18)
式中 m H
2
、m w,an分别是阳极侧氢气总量和阳极侧
水量,kg;W H
2
,in、W H2,out、W H2,react、W v,ca,in、W v,ca,out分别是阳极侧氢气进气流量、尾气中氢气流量、已消耗氢气流量、阳极侧进水量和尾气中水流量,kg s-1; an是氢气过量系数;V an是阳极腔体积,m3。
质子交换膜水含量模型[4]
W v,membr=M v A fc n n d
i
F
-D w
C v,ca-C v,an
t m
(19)
n d=1 2684,D w=1 25?10-6(20)尾气回收气体模型
d p a n/ca,rm
d t
=
RT st
V a n/ca,rm
(W an/ca,out-W an/ca,r m,o ut)(21)
w
H2/O2
=
M v
M H
2
/O
2
p v,an/ca,o ut
p H
2
/O
2
,an/ca,out
(22)
H
2
/O
2
=C p,H
2/O2
/C v,H
2/O2
(23)
p r,crit=
p d
p u
cr it=
2
+1
-1(24)若p r>p r,crit
W an/ca,out=
C D A T p u
RT1
(p r)1
2
-11-(p r)
-1
1
2
(25)若p r#p r,crit
W an/ca,out=
C D A T p1
RT1
1
2
2
+1
+1
2(-1)(26)
W H
2/O2,an/ca,out
=
1
1+w H
2/O2
W a n/ca,out(27)
W v,an/ca,o ut=
w H
2/O2
1+w H
2/O2
W an/ca,o ut(28)式中 p an/ca,rm是阴极/阳极的背压值,Pa;V an/ca,rm
173
第1期 严浙平等:U U V闭式循环燃料电池系统与推进功率匹配控制
是回收管路的体积,m 3;W an/ca,rm,out 是回收的尾气流量,kg s -1;W an /ca,out 是阴极/阳极尾气流量,kg s -1;w H 2/O 2是尾气中氧气/氢气的质量分数;W an/ca,out 是氧气/氢气流量,kg s -1;W v,an/ca,out 是水流量,kg s -1。
2 2 闭式循环PEMF C 系统模型仿真
(1)PEMFC 模型仿真
在阴极侧气体压力分别在1 01?105、1 52?105、2 02?105、2 52?105、3 03?105Pa 时,电流密度、单电池电压和单电池功率的关系如图4所示,PEM FC 在电流密度为1 5A cm -2
时效率
最高。
图4 在不同阴极侧气体压力下的极化曲线Fig 4 Po lar izat ion cur ves under different
gas pressur es f or cathode
(2)闭式PEMFC 系统外围辅助子系统模型仿真
为了延长质子交换膜的寿命,需要控制两侧的压力差在?0 51?105Pa 以内。然而,在电化学反应过程中,质子交换膜两侧气体的消耗量不一样,并且化学反应又在阴极侧进行,在阴极侧生成水,质子交换膜两边的湿度不一样,造成质子交换膜两边有压差。为了减小以至消除压差,除了设计随动系统外,阴极侧和阳极侧对过量系数和背压的选取是不一样的。本文通过仿真研究阴极/阳极侧过量系数、背压值与气体压力的关系。
图5表示控制背压压力分别在1 01?105
、1 52?105
、2 02?105
、2 52?105
、3 03?105
Pa 时,阳极/阴极侧过量系数与阳极/阴极气体压力的关系。可以发现,在固定的背压条件下,随着过量系数的变化,阳极/阴极侧气体压力基本不发生变化。为了方便控制阳极/阴极侧的气体压力,选取
大一些的过量系数值,使阳极/阴极气体压力基本
不受过量系数变化的影响,并考虑到如果过量系数过小的话,回收管路会出现负压,影响燃料电池内的化学反应,所以,阳极侧的氢气过量系数最小选取为2 2,阴极侧的氧气过量系数最小选取为1 7。
图6是阳极/阴极侧背压值与阳极/阴极侧气体压力的关系。根据图6可以发现,阳极/阴极侧气体压力和阳极/阴极侧气体背压基本保持线性一致,可以根据阳极/阴极侧气体压力需求来调整阳极/阴极侧气体背压值。
2 3 UU V 推进系统模型与仿真
U UV 速度指令的变化会引起U UV 总消耗电流的变化,继而引起PEM FC 输出电压的波动。为了满足U UV 的功率需求,需要对UU V 推进系统内部和闭式循环PEM FC 系统内部进行一些控制,首先需要对U UV 推进系统建立模型,输入值是U UV 速度指令,输出值是总消耗电流。
U UV 推进系统模型分为两部分:UUV 速度和推力的模型;推力与总消耗电流的模型。
(1)UU V 速度和推力的模型
174 化 工 学 报 第62卷
m -
12!L 3X % u u =-12
!L 2X %uu u 20+!L 2X %uu u 0u +X prop (29)
式中 u 是U UV 的航行速度,X prop 是推力。U UV 速度和推力的关系如图7所示。
图7 U U V 速度和推力曲线
Fig 7 Cur ves for speed and thrust of U
U V
(2)推力与总消耗电流的模型
本文采用上海精卫电子有限公司的2010型推进器,推力与总消耗电流的关系如图8所示。
图8 推力与总消耗电流曲线Fig 8 Cur ves for thrust and cur rent
(3)UUV 推进系统的模型
将以上的两个数学模型相结合得到U UV 推进系统的模型,仿真结果如图9所示。
速度 总消耗电流
y =2 17751x 2 16185
(30)
3 闭式PEM FC 系统和U U V 功率匹
配控制策略及仿真实验
3 1 闭式PEMF C 系统和U U V 功率匹配控制策略对于同一材质和种类的
PEM FC,PEM FC 的
面积决定了输入电流的大小,PEMFC 的单电池数
量决定了输出电压的大小。而UUV 推进系统的总
图9 U U V 的速度和总消耗电流曲线F ig 9 Curv es fo r U U V speed and to tal curr ent
消耗电流随着速度指令的变化而发生变化,但是需
要284V 的恒定电压。
为了能够满足U UV 在最高航速为3m s -1时的功率需求,本文选取的PEMFC 的活化面积是18cm 2
。设定UUV 在巡航速度为2m s -1
时,阴极侧气体压力为1 01?105Pa,本文选取的单电池数量是437片,PEMFC 的电流和输出电压关系如图10所示。本文选取的气体的压力范围是(1 01?105)~(3 03?105)Pa,并且UU V 的电压需求为284V,根据图10,当PEMFC 电流在16~25A 时,可以通过调节气体压力满足UU V 的功率需求;当PEM FC 电流在0~16A 时,输出电压明显高于284V,此时需要DC/DC 转换器分压来满足UU V 的功率需求。UUV 推进系统模型的预算表明:当UU V 的速度指令为2 5m s -1
时,
U UV 的总消耗电流为16A 。
图10 在不同阴极侧气体压力下的电流和输出电压曲线
F ig 10 Cur rent and v olt age under different g as
pressur es fo r cathode
本文采用的闭式循环PEMFC 系统和U UV 推
进系统功率匹配的控制策略需要借助于BP 算法和模糊规则
[11 15]
这两种控制算法。
175 第1期 严浙平等:U U V 闭式循环燃料电池系统与推进功率匹配控制
(1)UUV的指令速度小于2 5m s-1时,采用BP算法分压
UUV的指令速度小于2 5m s-1时,通过减小气压的方法不能满足功率需求,在这种情况下,先将气体压力降到最低,然后用DC/DC转换器对燃料电池的输出电压进行分压,如图11所示。
图11 U U V的指令速度小于2 5m s-1时的控制图
F ig 11 Contro l diag ram w hile U U V
speed below2 5m s-1
本文选择的最低气压是1 01?105Pa,并在此基础上进行分压,采用BP算法训练样本的方法确定分压值,训练样本是图10阴极气体压力为1 01?105Pa时,PEM FC的电流和输出电压的关系。
运用BP算法来训练样本,分为3个步骤:初始化,选择网络结构并且将权值或阈值设为均匀分布的较小数值;对样本的计算分为前向计算、反向计算和修改权值;输入新一周期的样本直到符合标准要求。
本文以回路中总消耗电流作为输入,PEM FC 总输出电压作为输出进行学习,建立了两者之间的映射关系,学习率取为0 6。本文的BP网络模型为3层网络,输入输出各一个单元,依据Kolmo g o rov定理,隐含层有3个单元,各单元的输入和输出采用Sigm oid函数。
(2)UUV的指令速度大于2 5m s-1时,建立模糊规则调节气体压力
UUV的指令速度大于2 5m s-1时,可以通过调节背压值的方法满足气体压力需求,如图12所示。
建立背压值和气体压力之间的模糊规则主要分为4个步骤。
第一步:定义模糊集的隶属函数
本文采用梯形隶属函数,假设[a,b]是输入x的原始输入空间,对于子空间b=[m i,n i], w=n i-m i,区间中心m b=m i+w/2,则在[m i, n i
]上的隶属函数定义为
图12 U U V的指令速度大于2 5m s-1时的控制图
Fig 12 Co nt rol diagr am while U U V speed
abo ve2 5m s-1
若 m i=a
?bi(x)=
1,x&[m i,m b+q/2]
1-
x-(m b+q/2)
p/2-q/2
,x&[m b+q/2,m b+p/2]
(31)
另外,若 n i=b
?bi(x)=
1-
m b-q/2-x
p/2-q/2
,x&[m b-p/2,m b-q/2]
1,x&[m b-q/2,n i]
(32)
其他
?bi(x)=
1-
m b-q/2-x
p/2-q/2
,x&[m b-p/2,m b-q/2]
1,x&[m b-q/2,m b+q/2]
1-
x-m b-q/2
p/2-q/2
,x&[m b+q/2,m b+p/2]
(33)
其中,p、q可按经验选取。这里取q=0 7w,
p=1 5w。
第二步:划分输入空间
本文的输入空间是气体压力需求,原始定义域区间是[1 01?105,3 03?105],本文根据经验
划分为[1 01?105,1 26?105],[1 26?105,
1 52?105],[1 52?105,1 77?105],[1 77?
105,2 02?105],[2 02?105,2 27?105],
[2 27?105,2 53?105],[2 53?105,2 78?
105]和[2 78?105,3 03?105]8个区域子
空间。
第三步:提取模糊规则
将输入空间划分为8个子空间后,需要提取每个子空间的模糊规则。以第一个子空间为例
?b1(x)=
1,x&[1 01?105,1 22?105]
1-x-1 22?10
5
0 1?105
,x&[1 22?105,1 33?105]
(34)
第四步:去模糊化
本文采用?质心法(进行去模糊化,输出背压
176化 工 学 报 第62卷
值为
y (x )=
)8
i=1
?bi (x )y
i
)8
i=1
?b i
(x )
(35)
3 2 功率匹配控制策略仿真实验结果分析
本文将闭式循环PEM FC 系统的模型和U UV 推进系统的模型结合起来进行仿真实验,验证了功率匹配控制策略的可行性。当UUV 的速度指令发生变化时,经过U UV 推进系统模型的解算,得到表1回路中的总消耗电流值。
表1 U UV 速度变化后的总消耗电流值和背压值
Table 1 Current and back press ure under
different U U V speed
T ime/s
u /m s -1
T otal cur rent/A Back
pres sure for cathode ?10-5/Pa Back
pres sure
for anode
?10-5/Pa DC/DC
converter
/%
40 6029 7441 011 0187 420 401 55 2321 011 0181 10 20
3
23 411
2 23
2 23
100
当UU V 的速度为3m s -1
时,由于阴极/阳
极压力需求大于1 01?105Pa,选用调整阴极/阳极背压值的控制策略,通过模糊规则的解算,得到表1所示的阴极/阳极背压值。
当UU V 的速度变为1 5m s -1
和2m s -1
时,由于阴极/阳极压力需求小于1 01?105Pa,
选用DC/DC 转换器分压的控制策略,通过BP 算法的解算,得到表1所示DC/DC
转换器分压值。图13 U U V 速度变化后的气体压力曲线F ig 13 Curves fo r g as pressure under
different U U V speed
根据本文的闭式循环PEMFC 系统数学模型、UUV 推进系统的数学模型和功率匹配控制策略,得到图13所示的阴极/阳极气体压力值和图14所示的闭式循环PEM FC 系统的输出电压值。仿真结
图14 U U V 速度变化后的电池电压曲线F ig 14 Cur ves for total vo ltag e under
differ ent U U V speed
果表明,当U UV 速度发生变化,PEM FC 输出电
压能够维持在284V,基本满足UUV 的功率需求。
4 结 论
本文设计了一种适用于UUV 的闭式循环PEM FC 系统,并为此系统和U UV 推进系统建立
了数学模型;提出了一种闭式循环PEM FC 系统和U UV 推进系统功率匹配的控制策略。最后将闭式循环PEM FC 系统的模型和U UV 推进系统的模型结合起来进行了仿真实验,仿真实验结果表明该控制策略可行,结论如下。
(1)当UU V 的速度发生变化时,为了满足U UV 系统的功率需求,根据实时采集的总消耗电流,可以采取调整背压值或DC/DC 转换器分压这两种并行的控制措施。采用本文提出的模糊算法和BP 算法分别控制背压值和PEM FC 输出电压的分压值,最终可使PEM FC 输出电压恒定。
(2)在一般PEM FC 系统中影响气体压力的因素是过量系数和背压值,而在闭式循环PEM FC 系统中过量系数对气体压力的影响不大,而背压值的选取对气体压力起决定性的作用。
所提出的控制策略和方法通过仿真实验验证可行,下一阶段的重点要进行实验室实验验证。当U UV 速度发生变化时,为了满足功率需求,背压值发生变化,进而燃料电池质子交换膜两边的压力也会发生变化,然而过于频繁地变换质子交换膜两边的压力会影响燃料电池的寿命。今后将进一步研究燃料电池和蓄电池为U UV 供电的策略,以减弱质子交换膜两边压力的变化幅度,延长质子交换膜的寿命。
177 第1期 严浙平等:U U V 闭式循环燃料电池系统与推进功率匹配控制
R eferences
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178化 工 学 报 第62卷
0.5MW/1MWh集装箱储能系统 技术方案 目录 1.储能的应用-----------------------------------------------------------------------------------4 2.系统概------------------------------------------------------------------------------------5-6 2.1系统组----------------------------------------------------------------------------------5 2.2系统特----------------------------------------------------------------------------------5 2.3系统运行原-----------------------------------------------------------------------------6 3.系统设------------------------------------------------------------------------------------7-14 3.1储能变流器(P C S) ------------------------------------------------------------------7-8 3.1.1储能变流器特点-------------------------------------------------------------7 3.1.2储能变流器通信方式-------------------------------------------------------8 3.2电池管理系统(BMS)---------------------------------------------------------------9-10 3.2.1B M S系统架构---------------------------------------------------------------------8 3.2.2B M S功能说明
1、方案简介 储能系统（EnergyStorageSystem，简称ESS）是一个可完成存储电能和供电的系统，具有平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能。可以使太阳能、风能发电平滑输出，减少其随机性、间歇性、波动性给电网和用户带来的冲击；通过谷价时段充电，峰价时段放电可以减少用户的电费支出；在大电网断电时，能够孤岛运行，确保对用户不间断供电。 储能系统是电力系统“采-发-输-配-用-储”的重要组成部分，是构建新能源微电网的基础。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平抑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备、降低用电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、参与调频调压、补偿负荷波动的一种有效手段。
储能系统包括锂离子电池、BMS系统、PCS系统、EMS系统等。其中，电池模组采用模块化设计，由若干电池串并联组成。每个电池模组配置一个电池管理单元，对单体电池的电压、温度等参数进行监测； 储能系统架构图 2.1电池 根据市场情况，储能电池选择为磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池具有一定的优势。 1)长循环寿命 由于风光资源的不确定性、间歇性，蓄电池经常处于部分荷电状态（PSOC）模式下运行。电池在这种状态下经常处于过充或欠充状态，
尤其是欠充状态会导致电池寿命提前终止，磷酸铁锂电池使用年限达到15年，循环次数4500次以上。 2)高能量转换效率 储能电池经常处于充放电循环，电池的能量转换效率高低对规模储能电站的经济性好坏有决定性的影响。磷酸铁锂电池改善了电池部分荷电态（PSOC）模式下的充电接受能力，充电接受能力较普通电池提升40%以上，使电池具有了优异的充放电效率（97%以上），整个储能电站的能量转换效率可达到90%以上。 3)经济性价比 寿命期内性价比是评估储能技术是否可行的一项重要指标。磷酸铁锂电池既保持了电池高能量密度，又具有快速充放电、循环寿命长、价格低等优势，收益/投资比可达2.0；相比铅碳电池、管式胶体电池、三元锂电池相比，具有更低的成本及更高的性价比，可有效的降低储能电站运行成本。 4)系统安全可靠性 储能电站具有较高的安全可靠性要求，磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广（-20C--+75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
燃料电池发动机二次开发控制系统的设计与实现 质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC)是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，具有能量高、噪音小、无污染、零排放和能量转换效率高等特点，适合做电动汽车的动力能源。各国政府、企业和科研机构都致力于研究质子交换膜燃料电池电动汽车，而燃料电池发动机作为其核心目前处于突破前期，正在成为新的研发热点。然而，许多研究都仅仅着重于改善燃料电池堆的性能，对控制系统的研究则相对较少。传统的控制系统是根据特定的发动机特点而设计的，其固定的控制策略、线路接口以及运行参数在很大程度上限制了控制功能的扩展，无法满足用户对控制系统的使用与开发需求，而系统软件在维护中也因不断被修改而退化。鉴于此，本文提出并设计了一种新型的燃料电池发动机控制系统，在满足所有控制目标的同时还具备二次开发升级、多种控制策略可选等功能，大大提高了控制系统的灵活性和适应性，并取得了良好的控制效果。 系统结构 燃料电池发动机二次开发控制系统的系统结构按其功能可分以下几部分：上位机配置终端、可软配置控制器、燃料电池电堆、氢气供给系统、空气供给系统、增湿系统、冷却水管理系统、安全报警系统以及通讯监控系统，如图1所示。燃料电池发动机以上位机作为软配置终端，以控制器为控制和协调中心，以燃料电池电堆为发动机的核心，进入电堆的氢气和氧气在一定的条件下反应，产生电能和水。上位机配置终端可以选择不同的控制策略，也能对控制器进行二次开发升级；氢气供给系统负责给电堆提供一定压力和流量的纯净氢气；空气供给系统向电堆提供足够的空气用于反应；增湿系统负责向电堆提供适当的湿度以便于提高反应效率；冷却水管理系统主要将电堆发出的多余热量通过循环去离子水带出电堆并通过冷却器散热，使电堆处于高效的反应条件下工作；安全报警系统通过实时检测电堆工作过程中的各种状态和参数，在故障出现时及时发出报警信息；通讯监控系统可实时显示当前的各种物理数据和运行状态，并可将所需数据记录下来以便研究分析。
开式液压系统与闭式液压系统区别及优缺点 开式系统 开式系统是指液压泵1从油箱5吸油,通过换向阀2给液压缸3(或液压马达)供油以驱动工作机构，液压缸3(或液压马达)的回油再经换向阀回油箱。在泵出口处装溢流阀4。这种系统结构较为简单。由于系统工作完的油液回油箱,因此可以发挥油箱的散热、沉淀杂质的作用。但因油液常与空气接触,使空气易于渗入系统，导致路上需设置背压阀，这将引起附加的能量损失,使油温升高。 在开式系统中，采用的液压泵为定量泵或单向变量泵，考虑到泵的自吸能力和避免产生吸空现象，对自吸能力差的液压泵，通常将其工作转速限制在额定转速的75%以内，或增设一个辅助泵进行灌注。工作机构的换向则借助于换向阀。换向阀换向时,除了产生液压冲击外，运动部件的惯性能将转变为热能，而使液压油的温度升高。但由于开式系统结构简单，仍被大多数起重机所采用。 闭式系统 在闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。闭式系统结构较为紧凑，不口空气接触机会较少，空气不易渗入系统，故传动的平稳性好。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了在开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，由于闭式系统工作完的油液不回油箱,油液的散热和过滤的条件较开式系统差。为了补偿系统中的泄漏,通常需要一个小容量的补液泵进行补油和散热，因此这种系统实际上是一个半闭式系统。 一般情况下，闭式系统中的执行元件若采用双作用单活塞杆液压缸时，由于大小腔流量不等，在工作过程中,会使功率利用率下降。所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。 工程机械液压传动系统，有开式系统和闭式系统，国内小吨位汽车起重机通常采取具有换向阀把持的开式系统，实现履行机构正、反方向活动及制动的请求。中、大吨位起重机大多采用闭式系统，闭式系统采取双向变量液压泵，通过泵的变量转变主油路中液压油的流量和方向，来实现履行机构的变速和换向，这种节
中山铨镁能源科技有限公司 储能系统项目 初 步 设 计 方 案 2017年06月
目录 1 项目概述 (3) 2项目方案 (3) 2.1智能光伏储能并网电站 (3) 3.2储能系统 (5) 3.2.1磷酸铁锂电池 (5) 3.2.2电池管理系统（BMS） (5) 3.2.3储能变流器（PCS） (6) 3.2.4 隔离变压器 (8) 3.3能量管理监控系统 (9) 3.3.1微电网能量管理 (9) 3.3.2系统硬件结构 (9) 3.3.3系统软件结构 (10) 3.3.4系统应用功能 (11)
一、项目概述 分布式能源具有间歇性、波动性、孤岛保护等特点，分布式能源电能质量差，分布式能源设备利用率没有被充分发掘。微电网是为整合分布式发电的优势、削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响而提出的一种新的分布式能源组织方式和结构，能有效改善分布式能源电能质量差、分布式能源设备利用率不能被充分发掘等分布式能源的不足。 微电网通过整合分布式发电单元与配电网之间关系，在一个局部区域内直接将分布式发电单元、电力网络和终端用户联系在一起，可以方便地进行结构和配置以及电力调度的优化，优化和提高能源利用效率，减轻能源动力系统对环境的影响，推动分布式电源上网，降低大电网的负担，改善可靠安全性，并促进社会向绿色、环保、节能方向发展。微电网是当前国际国内能源和电力专家普遍认可的解决方案。 本项目拟建设一套锂电池储能系统，通过低压配电柜给部分办公楼宇负荷供电，可实现对各个设备接口采集相关信息，并通过智能配电柜对各个环节进行投切，在并网及孤岛情况下实现发电、储能及负荷的控制，保持微电网系统的平衡运行。 二、项目方案 2.1智能光伏储能并网电站 本电站系统目的在于拟建设中山铨镁能源科技有限公司储能并离网系统示范工程，通过接入办公楼宇的日常照明等真实负载，可演示离网状态下正常供电系统示范；分布式光伏多余电量进行储能示范；以及后台监控及能量调度等示范。 本项目拟建设的储能系统，系统由锂电池储能系统、控制系统、监控系统以及能量管理系统构成。其中控制系统可实现对分布式电源、负载装置和储能装置的远程控制，监控系统对分布式电源实时运行信息、报警信息进行全面的监视并进行多方面的统计和分析实现对分布式电源的全方面掌控，能量管理系统可控制分布式电源平滑出力与能量经济调度。系统一次拓扑结构如下图所示：
基于HCS12的实时嵌入式燃料电池控制系统 白日光3,1，萧蕴诗1，孙泽昌3,2 （1．同济大学控制工程与科学系，上海 200092；2．同济大学汽车学院，上海 200092； 3．同济大学摩托罗拉汽车电子联合实验室，上海 20092） 摘要：燃料电池控制器是燃料电池中非常关键的部分，对于燃料电池稳定而安全的工作有积极的作用。针对燃料电池控制中要求较高的实时性与可靠性，利用摩托罗拉16位单片机MC9S12DP256b把实时嵌入式系统UC/OS-II成功移植到控制中。本文结合HCS12单片机和Codewarrior编译器的特点详细介绍了内核的优化实现，并利用实例说明了嵌入式操作系统带来的优点。 关键词：UC/OS-II；燃料电池控制器（FCC）；MC9S12DP256b；移植；内核 Real Time Kernel Fuel Cell Control System Based on HCS12 Bai Riguang3,1，Xiao Yunshi1，Sun Zechang3,2 (1. Department of Control Engineering & Science, Tongji University, Shanghai, 200092, China; 2. Automobile College, Tongji University, Shanghai, 200092,China; 3. Tongji University Motorola Automobile Electronic Laboratory, Shanghai, 200092, China) Abstract: The Fuel Cell Controller (FCC) is an important part of Fuel Cell. It affects steady and safe running of Fuel Cell. Considering real time and reliability qualities of FCC, we port real time embedded operation system UC/OS-II to the controller using HCS12. With the characteristic of HCS12 single chip and Codewarrior, the paper introduces the implementation of the kernel in details, and shows the advantage of the embedded operation system by an example. Key words: UC/OS-II; fuel cell controller (FCC); MC9S12DP256b; port; kernel 0 引言 随着汽车工业的发展，人类对传统能源（如原油）的需求日益扩大，从而带来空气污染和资源枯竭两大问题，燃料电池作为一种新型的绿色能源开始受到人类的关注。结合由同济大学承担的国家863电动汽车重大专项——燃料电池轿车项目，需要开发适用于质子交换膜燃料电池稳定而安全工作的燃料电池控制器。考虑到燃料电池控制器硬件资源的需求，研究中利用了摩托罗拉公司的16位单片机MC9S12DP256b。为了进一步满足控制中高可靠性与实时性的要求，把内核公开的UC/OS-II实时嵌入式操作系统移植到此单片机中，从而使开发具有更好的扩展性。本文首次把实时嵌入式操作系统应用到燃料电池控制中，取得了良好的效果。 基金项目：国家863电动汽车重大专项（2003AA501）作者简介：白日光（1980—），男，硕士生，主要从事燃料电池控制器，过程控制与计算机控制方向研究。 萧蕴诗（1946—），男，教授，博士生导师，主要研究方向为智能控制理论与系统。 孙泽昌（1953—），男，教授，博士生导师，主要研究方向为汽车电子。1 系统平台介绍 1．1 硬件MC9S12DP256b]1[ MC9S12DP256b是摩托罗拉16位单片机HCS12家族中的一员，它的处理单元采用了16位的STAR12 CPU。此单片机内嵌了很多资源，包括256K FLASH,4K EEPROM，12K RAM，8通道定时器以及多种通信接口。此单片机可通过单线BDM进行程序的编译，下载和在线调试。 1．2 软件平台Codewarrior Codewarrior是Metrowerks公司开发的一个编程环境。这里使用的Codewarrior4.2是专门针对HCS12系列单片机开发的，他可以用来进行程序编辑，编译，连接和在线调试等多项功能，并支持多种语言功能，可在C中嵌入汇编程序。 1．3 嵌入式操作系统UC/OS-II内核]2[ UC/OS-II(Micro Control Operation System Two)是一种源代码公开的嵌入式操作系统, 程序绝大部分是用C语言写的, 带有少量的汇编程序, 并且有详细的说明和示例, 可移植、易调试, 稳定性与可靠性高, 功能也比较完善。在改进后的2.51版]3[中包括了任务管理，时间管理，任务间通信（消息，邮箱，信号量和标志）和内存管理等多项功能。
氢燃料电池控制策略
目录 30KW车用氢燃料电池控制策略 ............................ 错误!未定义书签。目录 (2) 1控制策略的依据 (4) 230KW车用氢燃料电池控制策略 (5) 2.1P&ID (6) 2.2模块技术规范 (7) 2.3用户接口 ................................................... 错误!未定义书签。 2.4系统量定义 (9) 2.5电堆电芯(CELL)电压轮询检测策略 (11) 2.5.1Cell巡检通道断线诊断处理 .................. 错误!未定义书签。 2.5.2Cell巡检通道断线诊断结果处理........... 错误!未定义书签。 2.6Cell电压测算............................................. 错误!未定义书签。 2.7电堆健康度SOH评估............................... 错误!未定义书签。 2.7.1特性曲线电阻段对健康度的评估方法.. 错误!未定义书签。 2.8ALARM和FAULT判定规则 (11) 2.9工作模式（CRM和CDR）策略 (12) 2.10电堆冷却液出口温度设定值策略 (12) 2.11空气流量需求量计算 (12) 2.12阳极氢气循环回路控制策略 .................... 错误!未定义书签。
2.13阴极空气传输回路控制策略 (15) 2.14冷却液传输回路控制策略 ........................ 错误!未定义书签。 2.15阳极吹扫（Purge）过程 (18) 2.16防冻（Freeze）处理过程 (18) 2.17泄漏检查（LeakCheck）机理 (19) 2.17.1在CtrStat17下的LeakCheck (19) 2.17.2CtrState2下的泄漏检查 (19) 2.18注水入泵（Prime）过程 (20) 2.19状态及迁移 (20) 2.19.1状态定义 (20) 2.19.2状态迁移图 (21) 2.19.3状态功能 (22) 2.19.4迁移条件 ................................................ 错误!未定义书签。 2.20CAN通讯协议。........................................ 错误!未定义书签。3未确定事项 ..................................................... 错误!未定义书签。
开式液压系统与闭式液压系统区别及优缺 点(转载)
开式液压系统与闭式液压系统区别及优缺点 开式系统 开式系统是指液压泵1从油箱5吸油,通过换向阀2给液压缸3(或液压马达)供油以驱动工作机构，液压缸3(或液压马达)的回油再经换向阀回油箱。在泵出口处装溢流阀4。这种系统结构较为简单。由于系统工作完的油液回油箱,因此可以发挥油箱的散热、沉淀杂质的作用。但因油液常与空气接触,使空气易于渗入系统，导致路上需设置背压阀，这将引起附加的能量损失,使油温升高。 在开式系统中，采用的液压泵为定量泵或单向变量泵，考虑到泵的自吸能力和避免产生吸空现象，对自吸能力差的液压泵，通常将其工作转速限制在额定转速的75%以内，或增设一个辅助泵进行灌注。工作机构的换向则借助于换向阀。换向阀换向时,除了产生液压冲击外，运动部件的惯性能将转变为热能，而使液压油的温度升高。但由于开式系统结构简单，仍被大多数起重机所采用。 闭式系统 在闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。闭式系统结构较为紧凑，不口空气接触机会较少，空气不易渗入系统，故传动的平稳性好。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了在开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，由于闭式系统工作完的油液不回油箱,油液的散热和过滤的条件较开式系统差。为了补偿系统中的泄漏,通常需要一个小容量的补液泵进行补油和散热，因此这种系统实际上是一个半闭式系统。
一般情况下，闭式系统中的执行元件若采用双作用单活塞杆液压缸时，由于大小腔流量不等，在工作过程中,会使功率利用率下降。所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。 工程机械液压传动系统，有开式系统和闭式系统，国内小吨位汽车起重机通常采取具有换向阀把持的开式系统，实现履行机构正、反方向活动及制动的请求。中、大吨位起重机大多采用闭式系统，闭式系统采取双向变量液压泵，通过泵的变量转变主油路中液压油的流量和方向，来实现履行机构的变速和换向，这种节制方法，可以充足体现液压传动的长处。 重型机械厂中、大吨位起重机液压工作装置，通常采取斜盘式轴向柱塞变量泵和定量马达组成的闭式系统。斜盘式变量柱塞泵的流量与驱动转速及排量成正比，并且可无级变量。闭式回路中变量泵的出油口和马达的进油口相连，马达的出油口和泵的进油口相连，组成一个封闭的液压油路，无需换向阀，通过调节变量泵斜盘的角度来转变泵的流量及压力油的方向，从而改变马达的转速和旋转方向。变量泵的流量随斜盘摆角变更可从零增添到最大值。当斜盘摆过中位，可以安稳转变液体流动方向，因此微动性好，且工作安稳。 闭式液压驱动系统在工作中不断有油液泄露(连续的高压油内泄是元件设计的固有产物)，为了弥补这些泄漏和耗费，保持闭式系统正常工作，必需给闭式体系及时弥补油液。闭式系统主泵上通轴附设一个小排量补油泵，由于补油泵的排量和压力相对主泵均很小，所以其附加功率丧失通常仅为传动装置总功率的1%～2%，可以忽咯不计。在闭式系统液压工作装置中设有补油溢流阀和补油单向阀，补油溢流阀限制最高补油压力，补油单向阀依据两侧管路液压油压力的高下，选择补油方向，向主油路低压侧补油，以补偿由于泵、马达容积丧
1MWh集装箱储能系统 技术方案 目录 1.储能的应用-----------------------------------------------------------------------------------4 2.系统概------------------------------------------------------------------------------------5-6系统组----------------------------------------------------------------------------------5系统特----------------------------------------------------------------------------------5系统运行原-----------------------------------------------------------------------------6 3.系统设------------------------------------------------------------------------------------7-14储能变流器(P C S) ------------------------------------------------------------------7-8储能变流器特点-------------------------------------------------------------7储能变流器通信方式-------------------------------------------------------8电池管理系统(BMS)---------------------------------------------------------------9-10 B M S系统架构---------------------------------------------------------------------8
word 整理版 AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2
WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图word整理版
表1 模块附件表：
表2 车载系统附件表：
2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若
不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用
AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2
WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图
表1 模块附件表：
表2 车载系统附件表：
2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若
不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用
精心整理 0.5MW/1MWh 集装箱储能系统 技术方案 目录 1. 储能的应用-----------------------------------------------------------------------------------4 2. 系统概------------------------------------------------------------------------------------5-6 2.1系统组----------------------------------------------------------------------------------5 2.2系--------5 2.3系--------6 3. 系---7-14 3.1储-----7-8 3.1.1-------7 3.1.2-------8 3.2电----9-10 3.2.1B --------8 3.2.--------9 3.2.------10 3.3能--10-11 3.3.1------10 3.3.2------10 3.3.3------11 3.3.4------11 3.3.5------11 3.4监------12 3.5消------12 3.6电池成套系统------------------------------------------------------------------12-16 3.6.1电芯参数---------------------------------------------------------------------12 3.6.2电池P A C K 及成簇-----------------------------------------------------------13 3.6.2电池组在集装箱内的分布-----------------------------------------------------15 3.7集装箱系统设计要求----------------------------------------------------------------15 4.主要设备清单---------------------------------------------------------------------------16
竭诚为您提供优质文档/双击可除储能电站,功率变换,技术规范 篇一：储能电站总体技术方案 储能电站总体技术方案 20xx-12-20 目录 1.概述................................................. .. (3) 2.设计标准................................................. . (4) 3.储能电站（配合光伏并网发电）方案 (6) 3.1系统架构................................................. (6) 3.2光伏发电子系
统................................................. (7) 3.3储能子系统... ................................................... (7) 3.3.1储能电池组................................................. .. (8) 3.3.2电池管理系统(bms).............................................. . (9) 3.4并网控制子系统................................................. . (12) 3.5储能电站联合控制调度子系统................................................. .14 4.储能电站（系统）整体发展前景 (1) 6 1.概述 大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有20多年
图片简介: 一种电子控制单元（ECU）（90），其用于估计在燃料电池1的层叠方向上布置的电池的湿润状态中的分散度。当确定了在湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，所述ECU（90）控制冷却剂的流量、气体的流量以及气体的压力，以将湿润状态中的分散度抑制在阈值以下。所述ECU（90）以比其他参数更高的优先级来控制冷却剂的流量。 技术要求 1.一种燃料电池系统，其特征在于包括： 燃料电池(1)，所述燃料电池用于通过在燃料气体和氧化气体之 间的电化学反应来产生电力，并且由单元电池的层叠堆栈来构成； 检测装置，所述检测装置用于检测在所述单元电池的层叠方向上 布置的所述单元电池的湿润状态中的分散度；以及 控制装置，当所述湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，所述 控制装置通过控制用于冷却所述单元电池的冷却介质的流量来抑制所 述湿润状态中的分散度，
其中，所述控制装置还控制所述燃料气体和所述氧化气体的气体 流量以及所述燃料气体和所述氧化气体的气体压力中的至少一项，以及 其中，所述控制装置对于冷却介质的流量、所述气体流量以及所 述气体压力设定优先级顺序，并且通过首先控制所述冷却介质的流量并且然后控制所述气体流量和/或所述气体压力，来根据该优先级顺序执行控制。 2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中， 所述控制装置执行控制以使得：在所述单元电池的所述层叠方向 上布置的所述单元电池中的、位于所述燃料气体、所述氧化气体和所述冷却介质的入口侧的一个电池的湿度，与和在该入口侧的该电池相对定位的终端电池的湿度变为彼此相等。 3.一种用于燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统通过在 燃料气体和氧化气体之间的电化学反应来产生电力并且通过单元电池的层叠堆栈来构成，所述控制方法的特征在于包括： (a)检测在所述单元电池的层叠方向上布置的所述单元电池的湿 润状态中的分散度；以及 (b)当所述湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，通过控制用 于冷却所述单元电池的冷却介质的流量来抑制所述湿润状态中的分散度， 其中，重复执行所述(b)步骤，直至在所述湿润状态中的分散度 变得小于所述阈值，以及
摘要 在能源和环保形势日益严峻的今天，燃料电池电动汽车以其特有的优势成为未来环保汽车的首选之一。本文以研究电动汽车为背景，以燃料电池电动汽车为研究对象，开展对整车控制器及能量管理的研究。 本文对燃料电池电动汽车整车电控系统作了分析，讨论整车控制系统的结构，包括燃料电池，蓄电池组，燃料电池控制器，整车控制器，DC-DC变换器，数字电机控制器，电机等。介绍了各组成部分的特性和功能，分析了燃料电池电动汽车的能量控制策略和行驶控制策略，通过结合能量管理的任务和实际运行情况来制定整车控制器的控制策略。 以8位微控制器为核心，设计车辆控制关键参量的采集与输出控制模块以及与其他通信模块。关键参量包括油门电压、档位信号、刹车信号、总线电压等。结合整车控制器的控制策略，基于VW开发平台，采用汇编语言对整车控制器软件系统进行了研究设计。 同时，将CAN总线引入了车辆控制系统，用于实现基于CAN总线的VCU与FCU 间的通信，改变了以往的通信方式。此外，专门研究了蓄电池组的管理问题，结合蓄电池组管理任务和实际情况设计了目前的蓄电池组管理系统。主要包括蓄电池电压和温度的管理、充放电控制。 关键词：燃料电池，车控制器，字电机控制器，CAN总线，电池管理
Abstract In nowadays, with the situation of energy and environmental protection has became austere day by day, the fuel cell electric vehicle will become one of the first choices of environmental protection vehicle in future because of its unique superiority. This dissertation takes the research and develops of electric vehicle as a background, then the vehicle control unit and the energy management are researched and developed for fuel cell car. This dissertation analyzes the whole vehicle control system of fuel cell electric vehicle in detail and discusses the configuration of vehicle control system, which includes fuel cell, battery package, fuel cell control unit, vehicle control unit, DC-DC converter, digital motor controller, motor and so on. The characteristic and function of each unit are introduced specifically, and the energy control strategy and driving control strategy of fuel cell electric vehicle are analyzed, and also the control strategy about vehicle control unit is completed based on the task of vehicle energy management and the actual situation. Using 8-bit micro controller as the core, the collecting of key parameter of vehicle control and output control module is designed. The key parameters include accelerator voltage, shift position signal, brake signal, the voltage of DC BUS and so on. Under the VW platform, the software system of vehicle control unit was designed based on the control strategy of vehicle control. At the same time, the CAN BUS is introduced in the vehicle control system, to realized the communication between VCU and FCU witch based on CAN BUS. It changes the former communications mode. In addition, study on battery management is put forwarded specially. Based on the task of battery management system and the actual situation, the management system of battery package is discussed. The system mainly includes the monitoring of the voltage and the temperature of battery, the control of charge and discharge, the malfunction alarm and diagnosis. Key words：Fuel cell，vehicle control unit，digital motor controller，can bus，the management of battery package
DI-WEG IN H2 IN H2 PURGE1 H2 PURGE2 24V蓄电池 图1 1号电堆模块系统图 1 / 13
2 / 13 WEXPT FLT-D11 DI RAD-D15 EMV-D13 HET-D14 FCSC 24V 蓄电池 9 FCM H2 IN WP-D12 FLT-DI17 FLT-D16 H2TKC DI-WEG OUT DI-WEG IN WP-DRV 系统控制器 氢气瓶组控制器 EV-H12 H2 PURGE1 H2 PURGE ：' AIR OUT AIR IN HV+ HV- 1号电堆模块 循环水泵 调速器 FAN-DRV 散热器风扇 调速器 图2车用1号电堆系统系统图 氢气瓶组 H2TK SRV-H12 DC/DC N2 HV-H11 HV-N11 +氢气排放口 MIX -A12 FLT-A11 空气排放口 空气进气口 ■■去动力高 压配电箱
表1模块附件表:
表2车载系统附件表: 2.1 模块 冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空
气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3 EPV-H4 PT-H4组成， 通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管 路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4 做到一个阀组（manifold ）上。 阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电 堆。采用安全阀SRV-H5保护。 外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得 入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表