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面向燃料电池重卡的深冷高压供氢技术研究
| 论文题名： | 面向燃料电池重卡的深冷高压供氢技术研究 |
| 关键词： | 燃料电池汽车;深冷高压氢;供氢系统;实时控制;动态响应 |
| 摘要： | 氢燃料电池汽车（HydrogenFuelCellVehicle，HFCV）是一种以氢能作为车载能源，通过燃料电池将氢的化学能转化为电能作为动力的汽车，具有零排放、零污染、长续航里程的优势。但目前车载储氢供氢系统有诸多问题需要解决，包括车载储氢容器能量存储密度，氢的有效利用率，燃料电池热效率，设备的安全可靠以及成本等问题。因此，开展面向车载燃料电池储氢供氢系统的关键技术研究具有十分重要的意义。 本文针对深冷高压储氢技术在重型卡车上的应用进行了研究，包括设计了一套新型的车载深冷高压储氢供氢系统，研究了深冷高压储氢瓶供氢过程中瓶内状态的变化，并讨论了所设计系统的实时控制策略，在稳定供氢的基础上实现能量利用率优化。论文的主要研究工作和创新如下： （1）开展了深冷高压氢供氢过程数值模拟研究。基于流体热力学建立了深冷高压氢瓶供氢过程集总参数模型，通过Matlab进行了数值模拟，预测了行驶过程中储氢瓶内压强和温度变化，发现了供氢过程中氢流将会呈现超临界态-气液共存态-气态的物态变化以及外界对氢瓶加热的必要性，最终设计完成了储氢瓶动态补充供热方案。 （2）设计并验证了车载深冷高压储供氢系统。基于动力学和运动学，分析了整车能量转化及传递效率，探究了不同满载质量氢燃料电池重卡电堆功率选择依据，设计了一种采用多级换热模式的新型深冷高压氢供给系统，对运行原理、装置构成和控制机理进行了研究，论证了燃料电池产生“废热”和深冷高压氢“冷能”的综合利用的可行性。 （3）探究了系统实时能量控制策略。基于流体热力学，进行了多种工况下供氢过程的数值建模分析，研究了特定压强下氢正、负节流效应的临界线，结合供氢过程模型的氢流状态预测研究了系统的实时控制策略，尤其对换热器的运行参数进行了定量研究。整体动态响应机制既满足了燃料电池正常运行的要求，又提升了整车能量利用率。 |
| 作者： | 徐展 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 孙东科 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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