空间再生燃料电池系统分级能源管理方法

发布时间：2021-12-18 17:45

　　针对空间再生燃料电池系统水、气、热、电多能源综合管理需求,提出一种分级能源管理方法,在传统能源管理方法的基础上采用增加管理子单元的方式实现各执行部件的区域自治和系统的实时控制。以3 kW再生燃料电池系统高效稳定的储能供电控制需求为例,对分级能源管理方法应用下电解池稳定特性、燃料电池输出特性及系统变载调节特性进行研究,并根据200 h长时运行工况、60℃温度点运行工况及加减载运行工况,对应用结果进行分析。结果表明:在200 h长时运行过程中,电解性能稳定,电解电压未见明显上升;在60℃温度点处,燃料电池工作高效,额定输出功率3 kW时效率可达66%;在半载阶跃变化时,母线电压最大波动量为5 V,调节时间约为200μs。在整个运行过程,系统工作正常、稳定,证明分级能源管理方法在空间再生燃料电池系统中应用可行,且具有控制灵活、管理高效的优势。 

【文章来源】：航天器工程. 2020,29(05)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

半载阶跃测试结果

空间再生燃料电池系统由燃料电池、电解池、辅助单元和管理单元构成。其中:燃料电池是系统的发电设备,通过氢气和氧气的电化学反应将化学能转换成电能,并生成水;电解池是系统的储能单元,通过电解燃料电池反应的产物水,生成燃料电池工作所需的氢气和氧气;辅助单元是系统运行的基础条件保障,为系统提供气路、水路、热路部件;管理单元包括水管理单元、气管理单元、热管理单元和电管理单元,用于系统运行控制和能源管理。空间再生燃料电池系统总体框图如图1所示。再生燃料电池系统的水、气、热、电能源管理,通常采用如图2所示的传统能源管理方法。图2 传统能源管理方法

图1 空间再生燃料电池系统框图图2中,再生燃料电池系统由系统能源管理单元完成水、气、热、电所有执行部件的控制,同时,系统能源管理单元还需要根据当前采集的部件信息判别系统运行状态;若诊断系统异常或故障,则在采取应急措施的同时还要上传顶层星地接口模拟设备,并不定时接收星地接口模拟设备下发的控制指令,实现系统控制或管理。这种管理方法完全依靠系统能源管理单元实现系统控制和能源管理,在系统遥测参数和控制参数较多时,经常由于控制响应不及时而出现电解电压明显上升、系统效率显著降低等问题;并且,存在局部故障处理不及时而损伤整个系统的风险。为此,亟需优化能源管理方法,保证再生燃料电池系统稳定、可靠运行。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种空间燃料电池电源系统设计与实现[J]. 刘健,万成安,郭帅,何雄.  中国空间科学技术. 2020(01)
[2]燃料电池空气系统的自适应模糊建模与控制[J]. 罗刚,王永富,张化锴.  仪器仪表学报. 2018(12)
[3]国外小天体探测器电源系统设计分析[J]. 朱立颖,刘治钢,张晓峰.  航天器工程. 2018(01)
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本文编号：3542882