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1、燃料电池混合动力应用及展望,主要内容,意义 应用形式及研究实例 同超级电容联用 同二次电池联用 同光电解池联用 车用混合动力 展望,高效 环境友好 安静 可靠性高,为什么要用混合动力？,A 在瞬时的大功率需求下性能有限 B 燃料电池成本昂贵 C 燃料电池热管理 D ,燃料电池的优势:,燃料电池存在的问题, 捕获或回收其他形式的能量,混合应用的主要形式,同超级电容联用 同二次电池联用 同光电池光解池联用,Maxwell Technologies in the United States NESS Capacitor Company in South Korea Okamura Laborator
2、y in Japan EPCOS in Europe.,超级电容的主要生产厂商,研究实例,Louis.P. Jarvis et al.Journal of Power Sources. 1999（79） 60631,System 25 W PEMFC and 70 F capacitor hybrid baseline curve.,实验： 25W的质子交换膜燃料电池（PEMFC） 70F电容，Panasonic 方式：并行连接 测试：(18W2min-2.5W18min)循环负载实验 结果：单独由燃料电池不能维持10秒钟 混合应用可以运行24h没有发现电池性能降低,同超级电容联用,同二次电池
3、联用 (1/4),Passive connected,With partially depleted battery,With fully chargedbattery,Passive 联结方式不能使燃料电池性能得到充分发挥,with voltage regulator and partially depleted battery,同二次电池联用(2/4),Actively connected,With voltage clipping and fully charged battery,DMFC 8 cells 输出125mW 锂电池 750mWh(model: SK BAT300S),Ja
4、esung Han, E.-S. Park. Journal of Power Sources. 2002 (112) 477483,结果：只用燃料电池却几乎不能提供通话能力 同锂离子电池联用可以提供通话15分钟,Voltage variation during talk and standby modes.,研究实例1DMFC 同锂电池联用,为手机供电,同二次电池联用(3/4),PEM 25W,6 cells 铅酸 1.2Ah *2（8kw/kg peak power density）0.160kg 联用方式：并联 测试方法：18W 2.5W不同比例的负载实验。,研究实例2 PEM同铅酸电池
5、联用,Louis P.Jarvis.Journal of Power Source 1998(70).253-257,同二次电池联用(4/4),运行： 光电设备多余的能量通过可以用于氢气生成。 储存的氢气可以在低照度或夜间用于燃料电池的运行发电。,安静 无污染 几乎无需日常的维护 适合为偏远地区提供电力,多晶的光电阵列 电解剂 氢储存室 质子交换膜燃料电池 控制系统,Isolated hybrid PVFC generation system,Th.F. El-Shatter et al. Renewable Energy 2002(27) 479485,同光电解池联用,Solar-FC 混合
6、系统 优势：,PVelectrolyzerFC 系统组成,车用混合动力FCHVs (1/5),系统的复杂性增加，尤其是控制系统的复杂性 二次电池增加 系统重量的增加,启动快速 利用减速浪费的能量 燃料电池体积缩小 延长了燃料电池寿命 系统运行更为有效,混合应用的优势：,混合应用的劣势：,2.模拟计算 ADVISOR （NREL） PSAT （ PNGV ANL） VP-SIM （Ohio State University）,研究方法:,1.实验测试,当高负载或处于加速时，两者同时供电 中等负载时由燃料电池供电 低负载时，二次电池供电,车用混合动力FCHVs (2/5),研究实例,Fuel ce
7、ll hybrid vehicle system,混合动力考察的要点： 技术可行性 性能价格比,车用混合动力FCHVs (3/5),Power demand, battery power and fuel cell power as a function of time for FUDS cycle.,Fuel distance(km/kg H2) to hybride ratio(0; 0.2; 0.33; 0.6; 0.73),Life-cycle cost to hybrid ratio (0-1),车用混合动力FCHVs (4/5),hybrid ratio=(maximum vehi
8、cle power maximum fuel cell power)/ maximum vehicle power,Base line for fuel cell vehicle hybridization,车用混合动力FCHVs (5/5),Kwi Seong Jeong, Byeong Soo Oh.Journal of Power Sources 2002(105) 5865,混合动力应用展望,Honda FCX (ultra-capacitors),Maximum Speed: 93 mph (150km/h) Driving Range: 220 miles (355km) Maxi
9、mum Power Output: 80hp (60kW) Maximum Drive Torque: 201lb-ft (272Nm) Motor Type: AC synchronous Stack Type: PEFC (proton exchange membrane type Ballard) Power Output: 78kW Type: Compressed gaseous hydrogen (5,000 psi) Fuel Capacity: 156.6 liter Energy Storage :An ultra-capacitor array,SPECIFICATIONS
10、,充满诱惑力的概念产品,Toyota FCHV Fuel Cell Hybrid Vehicle,Fuel cell:PEMFC 90 kW Motor :Synchronized permanent magnet 80 kW 260 Nm Fuel :Hydrogen-absorbing alloy tank Battery:Nickel-metal hydride battery,SPECIFICATIONS,充满诱惑力的概念产品,Peak Power-65 kW (87 hp) Fuel Pressure -5000 psi Driving Range-260-320 km Type-P
11、EM Stacks-Ballard Mark 902 Series Reactants-Hydrogen/Air High Voltage Battery- SANYO Ni-MH Hybrid Battery System,Ford third generation,SPECIFICATIONS,充满诱惑力的概念产品,SunLine hybrid fuel cell bus,Bus Manufacturer/Model ElDorado National/EZ Rider 2 Curb Weight 25,180 lb Regenerative Braking Yes Electric Mo
12、tor Siemens 2 X 85 kW 650 VDC Power Plant UTC Fuel Cells/PEM Power Plant Power Rating 60 kW continuous Fuel Storage Nine quantum cylinders with compressed hydrogen Top Speed 55 mph Weight 25,180 lb Energy Storage Panasonic lead acid/48 12-V batteries in two modules,SPECIFICATIONS,充满诱惑力的概念产品,展 望,随着电子技术、自动控制技术的日趋成熟，混合动力应用具备现实可能性。 混合动力应用短期内具备价格优势，长期看具备性能优势 燃料电池（质子交换膜燃料电池）应用过程当中，混合动力应用形式可能是过渡形式，也可能是最终应用形式。,借助其他能量储存形式，燃料电池会更快走向实用 !,Thanks for your attention!,