金属燃料电池/二次电池复合能源系统仿真分析与集成技术研究
发布时间：2021-10-27 11:37
发展新能源是国家重要的战略举措,在此过程中出现了很多诸如金属燃料电池和二次电池等新能源,但是因燃料电池的动态响应慢、功率密度小以及无法回收反馈能量,二次电池的能量密度小、无法长时间的向负载供电等缺陷,在很大程度上限制了诸如金属燃料电池和二次电池的使用场景。针对以上现象,本文提出以金属燃料电池和二次电池构成复合能源系统,以金属燃料电池为主电源,二次电池作为辅助电源吸收负载的反馈能量同时满足负载的大功率需求。本文介绍复合能源系统的构成,包括研究分析镁空气电池、锌空气电池、铝空气电池等金属燃料电池的工作原理与自身优缺点,研究分析了铅酸蓄电池与锂离子电池的工作原理与自身的优缺点。研究复合能源系统的集成方法,包括详细的分析被动式拓扑结构、半主动式拓扑结构、主动式拓扑结构以及增程式拓扑结构等各自的优缺点,并根据实际情况选择最合适的拓扑结构。同时,对不同复合能源系统内部的功率分配策略进行了分析比较,详细分析了基于逻辑门控制策略的不足与优点,选用基于模糊逻辑控制的功率分配策略协调复合能源系统内部的功率分配,详细分析复合能源系统在实际使用中的一些具体情形,最大化的利用金属燃料电池和二次电池的优势并弥补各...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合能源系统集成方法的研究方向
第二章复合能源系统的构成7电池进行放电时，它所需的氧气均来源于空气，所以它不需要额外的储氧空间，在很大程度上减小了电池本身所占的体积。在不同的电解液中，铝空气电池有着不同的化学反应。图2-2铝空气电池结构铝空气电池在盐性电解液的条件下的化学反应如公式（2-1）、（2-2）、（2-3）所示：阳极：3Al3OHAl(OH)3e+→+（2-1）阴极：22O2HO4e4OH++→（2-2）总反应：2234Al+3O+6HO→4Al(OH)（2-3）值得注意的是，在盐性溶液中铝空气电池在反应过程中会产生凝胶状，这种凝胶会提高铝空气电池自身的内阻，降低电池的反应效率。在碱性电解液的条件下，铝空气电池的化学反应如公式（2-4）、（2-5）、（2-6）所示：阳极：4Al4OHAl(OH)3e+→+（2-4）阴极：22O2HO4e4OH++→（2-5）总反应：2244Al3O+6HO4(OH)4Al(OH)++→（2-6）在碱性溶液中，铝空气电池内部的化学反应不会产生类似于盐性溶液中的凝胶，所以从效率上来说，碱性电解液比盐性电解液更加优秀。
第二章复合能源系统的构成9镁空气电池的放电过程如图2-4所示。在放电过程中作为阳极的镁失电子，空气（氧气）通过空气电极进入到电解液中并与水反应生成氢氧根离子。图2-3镁空气电池的结构图2-4镁空气电池的放电过程2.2.2.2镁空气燃料电池的性能特点镁空气燃料电池具有较高的能量密度，其充电方式为更换镁极板和电解质，这种充电方式在很大程度上缩短了其充电时间。由于镁具有不易挥发性，镁空气燃料电池具有较长的使用寿命。同时镁空气电池在一定条件下也能以相对较高的功率稳定工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合地形信息的车载复合电源控制方法研究[J]. 尹炳琪,马彬,杨朝红,陈勇. 电源技术. 2020(01)
[2]汽车智能启停系统控制策略及节能减排分析[J]. 李刚,吴青青,余宗胜,刘前结. 机械设计与制造. 2020(01)
[3]基于模糊逻辑控制的燃料电池汽车能量管理控制策略研究[J]. 王骞,李顶根,苗华春. 汽车工程. 2019(12)
[4]锂离子电池充放电过程中产热特性研究综述[J]. 张志超,郑莉莉,杜光超,冯燕,王栋,戴作强,张洪生. 储能科学与技术. 2019(S1)
[5]电动汽车锂离子动力电池健康状态在线诊断方法[J]. 姜久春,高洋,张彩萍,王宇斌,张维戈,刘思佳. 机械工程学报. 2019(20)
[6]复合电源在发动机启动中的实验及研究[J]. 刘兴华,陈亚楠,孙柏刚. 电源技术. 2019(11)
[7]基于模糊控制的混联式混合动力汽车能量管理策略[J]. 张金柱,韩玉敏,孙远涛,王云龙. 交通科技与经济. 2019(05)
[8]HEV复合电源自适应能量管理策略[J]. 闫晓鸣,王大志,梁雨,李云路. 控制工程. 2019(09)
[9]基于流挖掘HEV复合电源能量管理策略研究[J]. 刘聪,陈勇,赵理. 电源技术. 2019(07)
[10]基于多模糊控制的电电混合汽车能量管理策略[J]. 姚堤照,谢长君,曾甜,黄亮. 汽车工程. 2019(06)
博士论文
[1]客车用锂电池/超级电容复合储能系统的优化与控制[D]. 宋子由.清华大学 2016
硕士论文
[1]纯电动汽车复合电源建模及控制策略研究[D]. 王贞雅.西安电子科技大学 2019
[2]燃料电池客车动力系统的改进研究[D]. 杜微微.吉林大学 2016
[3]电动汽车复合电源应用研究[D]. 史威.北京工业大学 2016
[4]基于Cruise的混合动力电动客车仿真研究[D]. 董相军.长安大学 2014
[5]复合光辐照条件下生物组织表面温度控制方法研究[D]. 庞薇.燕山大学 2004
本文编号：3461524
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合能源系统集成方法的研究方向
第二章复合能源系统的构成7电池进行放电时，它所需的氧气均来源于空气，所以它不需要额外的储氧空间，在很大程度上减小了电池本身所占的体积。在不同的电解液中，铝空气电池有着不同的化学反应。图2-2铝空气电池结构铝空气电池在盐性电解液的条件下的化学反应如公式（2-1）、（2-2）、（2-3）所示：阳极：3Al3OHAl(OH)3e+→+（2-1）阴极：22O2HO4e4OH++→（2-2）总反应：2234Al+3O+6HO→4Al(OH)（2-3）值得注意的是，在盐性溶液中铝空气电池在反应过程中会产生凝胶状，这种凝胶会提高铝空气电池自身的内阻，降低电池的反应效率。在碱性电解液的条件下，铝空气电池的化学反应如公式（2-4）、（2-5）、（2-6）所示：阳极：4Al4OHAl(OH)3e+→+（2-4）阴极：22O2HO4e4OH++→（2-5）总反应：2244Al3O+6HO4(OH)4Al(OH)++→（2-6）在碱性溶液中，铝空气电池内部的化学反应不会产生类似于盐性溶液中的凝胶，所以从效率上来说，碱性电解液比盐性电解液更加优秀。
第二章复合能源系统的构成9镁空气电池的放电过程如图2-4所示。在放电过程中作为阳极的镁失电子，空气（氧气）通过空气电极进入到电解液中并与水反应生成氢氧根离子。图2-3镁空气电池的结构图2-4镁空气电池的放电过程2.2.2.2镁空气燃料电池的性能特点镁空气燃料电池具有较高的能量密度，其充电方式为更换镁极板和电解质，这种充电方式在很大程度上缩短了其充电时间。由于镁具有不易挥发性，镁空气燃料电池具有较长的使用寿命。同时镁空气电池在一定条件下也能以相对较高的功率稳定工作。
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合地形信息的车载复合电源控制方法研究[J]. 尹炳琪,马彬,杨朝红,陈勇. 电源技术. 2020(01)
[2]汽车智能启停系统控制策略及节能减排分析[J]. 李刚,吴青青,余宗胜,刘前结. 机械设计与制造. 2020(01)
[3]基于模糊逻辑控制的燃料电池汽车能量管理控制策略研究[J]. 王骞,李顶根,苗华春. 汽车工程. 2019(12)
[4]锂离子电池充放电过程中产热特性研究综述[J]. 张志超,郑莉莉,杜光超,冯燕,王栋,戴作强,张洪生. 储能科学与技术. 2019(S1)
[5]电动汽车锂离子动力电池健康状态在线诊断方法[J]. 姜久春,高洋,张彩萍,王宇斌,张维戈,刘思佳. 机械工程学报. 2019(20)
[6]复合电源在发动机启动中的实验及研究[J]. 刘兴华,陈亚楠,孙柏刚. 电源技术. 2019(11)
[7]基于模糊控制的混联式混合动力汽车能量管理策略[J]. 张金柱,韩玉敏,孙远涛,王云龙. 交通科技与经济. 2019(05)
[8]HEV复合电源自适应能量管理策略[J]. 闫晓鸣,王大志,梁雨,李云路. 控制工程. 2019(09)
[9]基于流挖掘HEV复合电源能量管理策略研究[J]. 刘聪,陈勇,赵理. 电源技术. 2019(07)
[10]基于多模糊控制的电电混合汽车能量管理策略[J]. 姚堤照,谢长君,曾甜,黄亮. 汽车工程. 2019(06)
博士论文
[1]客车用锂电池/超级电容复合储能系统的优化与控制[D]. 宋子由.清华大学 2016
硕士论文
[1]纯电动汽车复合电源建模及控制策略研究[D]. 王贞雅.西安电子科技大学 2019
[2]燃料电池客车动力系统的改进研究[D]. 杜微微.吉林大学 2016
[3]电动汽车复合电源应用研究[D]. 史威.北京工业大学 2016
[4]基于Cruise的混合动力电动客车仿真研究[D]. 董相军.长安大学 2014
[5]复合光辐照条件下生物组织表面温度控制方法研究[D]. 庞薇.燕山大学 2004
本文编号：3461524
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