2 kW聚合物膜燃料电池堆在无人地面车辆混合动力系统中的应用

摘要整理

开发了基于质子交换膜燃料电池（PEMFC）和超级电容器的新型混合能源系统。对质量不超过100 kg的无人地面车辆（UGV）在各种工况下的能量需求和峰值电功率进行了研究。结果表明，在所有研究工况下，平均所需电功率不超过~2 kW。然而，在移动机器人电驱动的动态电负荷作用下，短时峰值功率超过2 kW，最高电流负荷范围为80~90 A。测定了开放阴极模式下PEMFC堆族的电性能。分析了氢气使用控制策略、清洁工艺和加湿过程。PEMFC堆与超级电容器组的集成使得能够缓解周期性出现的电压跌落，这些跌落由短路操作引起。在第二种构型中，还演示了短路单元（SCU）耗散电能在集成PEMFC堆和超级电容器组系统中的回收。提出了一种能效高、移动灵活且环保的氢气充装装置概念，包括：（i）氢离子交换膜电解槽，（ii）光伏装置，（iii）电池储能，（iv）缓冲罐中的氢气缓冲储存，（v）氢气压缩单元，（vi）复合储罐。该系统实现了PEMFC与超级电容器的协同工作，有效改善了动态工况下的功率输出特性。

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