基于燃料电池的储能电池系统的热能管理研究进展
Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展, 2016, 4(6), 195-204 Published Online December 2016 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/journal/aepe https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.12677/aepe.2016.46025
文章引用: 甘丽珍, 刘明周. 基于燃料电池的储能电池系统的热能管理研究进展[J]. 电力与能源进展, 2016, 4(6):
Research Progress of Heat Management of Fuel Cell for Energy Storage
Lizhen Gan *, Mingzhou Liu
Department of Industrial Engineering, School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei Anhui
Received: Oct. 20th , 2016; accepted: Nov. 7th , 2016; published: Nov. 11th , 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/licenses/by/4.0/
Abstract
Energy storage system is effective for current clean and renewable electricity utilization/storage. Reversible fuel cell system, as an efficient future energy conversion system, has been attracting a lot of attentions in the world. However, the reversible storage of clean electric energy based on fuel cell system also needs to meet the commercial requirements of 80% of the energy efficiency. This paper reviews the latest research progress in energy management of the fuel cell system, and the research direction of the energy management of high temperature fuel cell system is pre-sented. Keywords
Clean Energy, Fuel Cells, Energy Management
基于燃料电池的储能电池系统的
热能管理研究进展
甘丽珍*，刘明周
合肥工业大学机械工程学院工业工程系，安徽 合肥
收稿日期：2016年10月20日；录用日期：2016年11月7日；发布日期：2016年11月11日
Open Access *通讯作者。
甘丽珍，刘明周
摘要
能源存储系统是有效利用当前清洁能源/电能的主要途径之一。可逆燃料电池系统，作为高效的能量转换系统，已经在国际上引起广泛关注。然而，基于燃料电池系统进行清洁电能可逆存储，还需要满足商业化要求的80%的能量循环效率。本论文综述了当前燃料电池系统能量管理的最新研究进展，并对高温燃料电池系统的能量管理提出了研究方向。
关键词
清洁能源，燃料电池，能量管理
1. 引言
近几十年来，电能存储技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。电能的存储是伴随着电力工业发展一直存在的问题，其实到现在为止也没有一种非常完美的电能储能技术，但经过几代科学家的努力，一些比较成熟的储能技术在各行各业发挥着重要的作用。储能的优点有很多，节能、环保、经济。比如火电厂要求以额定负荷运行，以维持较高的能源转换效率和品质，但用电量却随时间随机变化，如果有大容量、高效率的电能存储技术对电力系统进行调峰，对电厂的稳定运行和节能至关重要。另外，由于分布式发电在电网中所占的比例越来越高，基于系统稳定性和经济性的考虑，分布式发电系统要存储一定数量的电能，用以应付用电高峰和突发事件。随着电力电子学、材料学等学科的发展，现代储能技术已经得到了一定程度的发展，在分布式发电中已经起到了重要作用。
在新能源技术快速发展的大背景下，如果能在风力发电、太阳能光伏发电等新能源发电设备中都配备有储能装置，将会更有效的利用电能。首先，通过储能元件对机组的出力曲线进行调整，可以解决新能源发电自身出力随机性、不可控的问题，减小新能源出力变化对电网的冲击；其次，可以在电力充沛时储存电能，在负荷高峰时释放电能，达到削峰填谷、减少系统备用需求的作用。储能与大容量风力发电系统的结合是可再生能源的重要组成部分。风力发电系统储能装置的作用是在风力强时，通过风力发电机组向负荷供电，还可将多余的风能转换为其他形式的能量在储能装置中储存起来，在风力弱或无风时，再将储能装置中储存的能量释放出来并转换为电能，向负荷供电。通过对来自可再生能源的电能的储存与释放，将会使廉价的不稳定的能源变成稳定的具有较高价值的产品。此外，电网负荷有高峰和低谷特性，电力系统的负荷有峰有谷，用电能储存系统调节电力负荷很有必要。尤其在风力发电厂，由于风有时候起，有时候停，所以高效、安全、可行性高的储能方法和装置对于风力发电场显得尤为重要。
此外，电池储能技术为解决电力供应链的燃料、发电、输电、配电和用电等问题、实现电网可持续发展提供了全新的途径。近年来随着国家节能减排政策的实施，储能已经逐渐成为电力生产的第六环节。
电力系统引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段[1] [2]。
燃料电池(Fuel Cell，简称FC)是一种直接将存储在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置。
燃料电池的发电原理与其他化学能源一样，即电极提供电子转移的场所，阳极发生燃料(如氢气、甲醇和天然气等)的催化氧化反应，阴极发生氧化剂(氧气或空气)的催化还原反应，电解质将燃料电池阴极和阳极分隔开并为质子提供迁移的通道，电子通过外电路做功并构成电的回路。但燃料电池的工作方式与常
甘丽珍，刘明周
规化学电源不同，而是类似于汽油机或柴油机，即燃料电池的燃料和氧化剂不存储在电池内部。电池发电时燃料和氧化剂通过外部的存储装置连续不断的送入电池内部，电化学反应后部分未反应完的气体和反应生成物排出电池，同时有一定的热量生成[3] [4]。因此只要源源不断的供应燃料，就可以得到持续不断的电能。
由于燃料电池仅是一种发电装置，而且规模可大幅放大至兆瓦级电站，其发电容量完全取决于燃料存储的多少，因此燃料电池发电规模和容量可控可调，相对于传统电池系统具有巨大优势。相对而言，电解池储能系统是基于燃料电池的一个可逆的系统。当燃料电池逆向操作时，则是将电能转化为燃料能源进行能源存储，也就是电能存储的过程。与燃料电池类似，电解池本质上仍然是能量转化装置，除了具有燃料电池如规模大效率高等特点外，电解池进行电能存储时的容量完全取决于燃料存储规模。而当燃料电池和电解池相互可逆操作时，即形成了可逆储能电池系统，可以通过燃料电池模式进行发电也可以电解池模式用于电能存储。
2. 基于燃料电池的储能电池系统能量管理
储能电池系统的科学管理可有效提高电池系统的能量转换效率，尤其是针对具有典型特点的储能电池系统例如高温储能电池系统。而对于燃料电池储能电池系统来说，由于其在较为宽泛的温度范围都有不同种类的燃料电池系统，因而能量管理技术和方法也不尽相同[5] [6] [7] [8]。从可逆燃料电池的运行温度来说，可以粗略地将电池系统分为如下两大类别，即低温储能电池系统和高温储能电池系统[9] [10] [11]，如图1所示。例如，目前已经大规模商业化应用的质子交换膜电池系统和碱性电池系统基本都是属于低温操作的范畴，最高温度一般不超过100℃，这类储能电池系统可满足大规模的商业化储能，也可以应用于应急电源和军事方面，包括当前最先进的AIP静音潜艇等则是依赖于质子交换膜电池系统。而紧随其后的则是磷酸盐电池系统，其操作温度范围一般都在近200℃，已经成熟应用于航天科技和太空科技作为备用电源。随着操作温度的升高，储能电池系统的能量转换效率逐步升高，主要是由于高温操作可以大幅提高电极动力学从而提高系统的能量转换效率。
Figure 1.The schematic of reversible fuel cells with different temperatures and fuel requirements [12]
图1. 不同类型的可逆燃料电池工作温度区间及燃料要求[12]
甘丽珍，刘明周
2.1. 低温储能电池系统的能量管理技术
储能电池系统的能量管理系统是一个复杂而庞大的系统，主要包括电池管理系统、热能管理系统以及其他辅助系统例如气路管理系统等。电池管理系统是连接储能电池系统和用户/负载的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充/放电与预充控制、均衡管理和热管理等。目前电池管理系统在电动汽车等方面已经广泛使用，通过电池管理系统可以有效控制电池系统的动力输出等，同时也可以检测诸多关键参数。
如上所述，储能电池系统本质上是通过电化学反应实现能量转换，电池管理系统仅从技术角度实现能量有效利用而并未增加电池系统的能量转换效率。而燃料电池是一种对氢能进行利用的能量转换装置，它可以连续地将燃料和氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能，同时释放热量。而热能的有效存储与利用则是直接提高储能电池系统能量转换效率的有效方法。
通常来说，对于不同温度区间的储能电池系统，则需要不同的能量管理方法。例如，当前已经商业化的质子交换膜储能电池系统(proton exchange membrane fuel cell，简称PEMFC)，是一种典型的低温储能电池系统，其工作温度仅为60℃~85℃，这与环境的温差并不大。即便如此，该储能电池系统所产生的能量，有近50%左右可以是通过热量的形式排放到环境当中，因而热管理是目前研究的重点之一，有效管理电池运行时产生的水和热，对提高电池系统的性能起着至关重要的作用。因此，对质子交换膜电池系统的水和热管理则成了能量管理的核心，也是保证电池高性能和效率的关键。对于工作温度在200℃及以下的储能电池系统而言，热能管理的核心是维持储能电池高效运行，同时通过热能再利用提高系统的能量转换效率。
以质子交换膜电池系统为例，通过有效的热能管理，可以控制系统的工作温度范围。要使电堆能够高效、稳定运行，须将其工作温度控制在70℃~80℃之间的最佳工作温度范围。热能管理的另一重要用途就是控制温度极限。储能电池系统的大部分部件都要求在某个温限以下工作，因此需要控制温度极限。
例如，如果储能电堆的某个局部温度高于100℃时，则会将电解质膜内水蒸气直接蒸发并将会出现微孔，使燃料气氢气出现泄漏并将会导致严重的安全事故。质子交换膜电池系统的热管理就是对电池系统内部的热量的生成与传递、温度场分布和冷却方式进行研究，包括如何使电池内部产生的热量排到外部、保证在时间和空间上温度均匀分布，避免过热点的出现，并且为保证电池好的总效率需要冷却循环的泵功率损失最小化，即增加热交换能力的同时使压力损失最小[13] [14] [15]。
质子交换膜储能电堆在大功率运行时，设计的能量转换效率在40%左右，小功率运行时可达60%。
因此，当电池堆工作时，有40%~60%的废热必须排出，否则，这部分热能的产生和累积会使电堆温度上升。有研究称，当PEMFC电池堆的工作温度偏离其理想温度15℃~20℃时，系统性能下降60%。因此，维持合理的电池堆工作温度是热管理子系统的任务之一。千瓦级电池堆广泛采用冷却水循环排热。如果冷却水和电池堆之间温差较小或者冷却水的流速较慢，都会限制电池堆的循环冷却过程。当系统还要向用户提供所需要的热能时，热能管理又增加了一个任务，就是回收和存储系统内部可利用的热能，以争取最大效率地实现热电联供。该过程通过热能的传递和存储设备来实现。
相对于传统的质子交换膜储能电池系统不超过60%的发电效率，将系统进行热电联供时效率高达80%，而且可以灵活利用多种燃料，一定程度上有助于缓解地球上的能源短缺问题。而且，燃料电池可以方便地连接电网，或者与现有的蓄电池、可再生发电技术相结合，实现混合发电和储能系统。因此，发展分布式发电和热电联供技术，通过控制成本必将占领未来市场相当的份额。美国、日本、加拿大、欧盟等国家都建立了巨额基金项目，支持热电联供方面的研究。已经有越来越多的综合示范项目，各种小规模发电系统也不断问世，部分已经商业化出售。
甘丽珍，刘明周
加拿大Ballard公司开发的250 kW的PEMFC技术领先，如图2所示，目前有4座电站分别在美国、德国、瑞士和日本进行测试运行。美国Plug Power公司早在1998年就展示了一台7 kW家用热电联供装置Plug Power 7000。该装置可以满足280~370 m2住宅的需要，效率高达80%，发电成本比购电便宜20%~30%，能节约住宅的燃料费用20%。目前，Plug Power和Vainant GmbH公司合作，为德国、荷兰、奥地利及卢森堡等国安装了13套燃料电池供电站。日本则对PEMFC家用燃料电池市场最为关注，目标是从2005年开始推广家用燃料电池，到2010年普及210万个家庭。日本石油公司已经在横滨等城市开始使用家用PEMFC系统，并自2005年开始以每套4200美元的价格销售。东京天然气公司展示了燃料电池示范住宅，每年可节约照明和热水费用3万至5万日元。东芝、日立、三菱重工等也都自行开发并且销售部分家用PEMFC系统[16] [17]。
例如，上海交通大学燃料电池研究所针对热电联供技术进行了研究，并系统研究了60千瓦级质子交换膜电池堆同时供给电能和热能的技术及管理方法。如图3所示，60 kW系统热管理设计目的，就是通过分析设计系统热能的回收和存储。通过流体之间的热传递过程，将可以利用的系统热能以热水的形式回收存储，备用户使用。与此同时，协助实现电堆的循环冷却过程，从而控制电堆操作温度。通过热电联供的方式，实现能量转换系统的能量转换效率，利用由于电化学反应等所产生的废热，从而进一步提高能量利用效率。研究表明，在不采用废热存储等方式下，该60千瓦级电堆的能量转换效率最高可达50%左右，而其中的50%能量则通过热能的形式释放至环境中，造成能量的损失与浪费。并且，由于储能电池本身需要冷却系统，在缺少冷却系统后储能电池系统的工作温度会逐步上升从而导致系统局部温度过热如电解质部件温度超过10℃即开始脱水，性能逐步衰竭而且容易导致漏气等安全事故。
Figure 2.(left) Ballard Company 250 KW proton-exchange fuel cell stack and (right) the factory based on heat and power cogeneration system
图2.(左) Ballard公司额定功率为250 KW的质子交换膜储能电池堆；(右)基于热电联供技术进行热能存储与利用的示范电站
Figure 3. The schematic of cogeneration of electricity and hot water in a 60 KW proton exchange fuel cell stack [18]
图3. 60千瓦级质子交换膜电池堆及热电联供系统工作原理及控制系统示意图[18]
甘丽珍，刘明周
2.2. 高温储能电池系统的能量管理技术的现状
相对于低温储能电池系统的能量管理技术而言，高温电池系统的能量管理则更具有挑战性。例如，高温操作的熔融碳酸盐电池系统和固体氧化物电池系统的工作温度一般可高达700℃以上，其系统的热能损失则更为巨大，而且热能的回收与利用也是当前面临的重要问题。以固体氧化物储能电池系统为例，为了进一步提高固体氧化物电池储能系统的商业化应用范围并提高其能量转化效率，将之与当前的能量转换装置相互结合则成了最经济的选择。以固体氧化物为核心部件，与燃气轮机(即Gas Turbine，简称GT)结合在一起的固体氧化物电池/燃气轮机联合系统[19] [20]，非常适合当前的经济发展水平和固体氧化物技术特点，如图4所示，被认为是最有前景的固体氧化物电池发电系统之一。固体氧化物电池系统高温运行，其产生的废热可以通过与发电厂燃气轮机联合，为联合循环发电系统的其他部分提供热源。固体氧化物电池/燃气轮机联合系统的排烟气体还含有可以再利用的中低温余热，可以联合热力系统与有机朗肯循环，提高能源的利用效率。
美国西屋科技中心和北方研究工程公司最早研制出联合循环装置。他们在1995年开发出功率为220千瓦的第一代联合循环装置，美国国家能源技术试验室试图开发第二代联合循环装置。他们的研究对象是20兆瓦以下的联合循环装置，其研究结果显示，在20兆瓦的联合循环装置系统中其能量效率最高可达70%。P．Costamagna等研究了300千瓦级的可信网络监控的固体氧化物电池混合发电系统分别在设计工况和变工况下的性能。在此系统中微型燃气轮机功率约为50千瓦，固体氧化物电池系统发电功率为250千瓦。设计工况下总的发电效率为60%，而变工况条件下的发电效率则为50%左右。P. Costamagna 等在其文章中指出，可以通过燃气轮机的转速来控制电池和燃气轮机部分的功率比值，从而使电池和燃气轮机合理匹配以达到更高的发电效率。但其没有研究该混合系统在设计工况下的合理匹配的最佳设计点，即：混合发电系统的效率最高的工作条件。
固体氧化物电池储能系统除了与燃气轮机等相互组合使用以外，作为分散式储能电站广泛用于家庭用电、社区供电等，如图5所示。家庭用电、社区用电由于季节变化和昼夜变化等因素导致的电能需求不平衡，因此影响了电网稳定性，固体氧化物电池储能电站对此问题提供了解决的可能。固体氧化物电池储能系统根据当地具体燃料使用情况选择天然气或者煤气作为燃料发电，给家庭电器供电，剩余电量可用储蓄电池存储或者连接智能电网传送，高热量的尾气通过换热器为城市或家庭室内供暖或用于加热生活用水。
Figure 4.The schematic of the combination of solid oxide cell system and ORC
图4.基于固体氧化物燃料电池系统的有机朗肯循环发电系统示意图
甘丽珍，刘明周
Figure 5.The commercial distributed station based on solid oxide cell system
图5. 商业化的固体氧化物电池储能系统分散式储能电站
Bloom Energy公司已经生产出商业化发电系统供社区和居民家庭供电。Bloom energy公司开发了“冰箱式的家用发电站，命名Bloom Box，如图6所示，它可在十年内为美国家庭提供低成本、环保无污染的电力”[21]。Bloom Box的核心部件就是固体氧化物电池，如图7所示。该燃料电池采用陶瓷材料制成，其工作温度为800℃，效率可达到50%以上。与原来的燃料电池材料不同，Bloom energy公司没有采用昂贵金属，而是采用了氧化锆，该材料可用成本极低的普通砂子制造而成，因此其成本更低。它能够利用各种烃类燃料发电，但整个发电过程这些原料不会燃烧，如果采用非化石燃料能源，它几乎能够做到零排放。
虽然固体氧化物电池系统经过热电联供技术可与涡轮机共同使用，有效利用高温废热，可以使得系统能量效率大于70%，而对于一个可逆固体氧化物电池储能系统来说，电能在该可逆系统内部的循环效率则是评价电能可逆存储的关键技术指标之一[22]。当前，达到商业化大规模批量化生产要求的电能循环效率的技术指标是国际公认的80%。而通过热电联供等技术联用仅能在燃料电池模式下提高能量转换效率至70%，而当储能电池系统处于电解池模式下进行充电时，热电联供技术所能提高的能量转换效率幅度则微乎其微。通过系统的热能管理，充分利用系统的热能，可以在一定程度上调节系统操作温度，因此系统的热能管理对于提高系统电能循环效率极为重要。热能管理可以有效提高循环效率，但同时可逆高温热能存储与释放本身就是一个复杂的技术，它涉及了加热和冷却过程中的电能存储、产生与利用，也是一项非常复杂的系统工程。
3. 展望
通过本论文综述，我们发现通过热电联供技术可以解决低温储能电池系统的提高能量效率的关键技术问题，而高温储能电池系统由于操作温度高，热能存储与利用难度大等问题，即使采用热电联供技术
甘丽珍，刘明周
Figure 6.The “Fridge” electricity station
图6.冰箱式家庭用储能电站图
Figure 7. The inner structure of “Fridge” electricity station developed by Bloom Energy 图7. 冰箱式家庭用储能电站内部结构
甘丽珍，刘明周
也仅可在燃料电池模式下将能量效率提高至70%，而在电解池模式的能量效率提高仍然是我们面临的棘手难题。而对于高温储能电池系统而言，电能的循环存储效率达到商业化要求的80%这一标准，才能达到大规模批量化生产的基本条件，因此提高系统的电能效率势在必行。
如前所述，高温电池系统的能量损失是导致电能效率较低的关键因素。当高温储能电池系统处于燃料电池模式下，是化学能转化为电能的放热过程，而当处于电解池模式下则是处于电能转化为化学能的吸热过程。由于高温电池系统的操作温度高达700℃~900℃，如何有效利用系统高温热能则成了提高电能循环效率的关键因素之一。
基金项目
国家自然科学基金重大研究计划：碳基能源转化利用，编号：91545123。
参考文献(References)
[1]骆妮, 李建林. 储能技术在电力系统中的研究进展[J]. 电网与清洁能源, 2012(2): 1674-3814.
[2]吴战宇, 袁顾立, 贞袁, 朱明海. 蓄电池在电网储能系统中的应用[J]. 电池工业, 2012, 17(4): 234-238.
[3]李炜. 独立的太阳能燃料电池联合发电系统的协调控制设计与仿真研究[D]: [博士学位论文]. 上海: 上海交通大
学, 2007.
[4]Okada, K.Y. (2001) Development of Polymer Electrolyte Fuel Cell Cogenerafion Systems Forresidential Applications.
Fuel Cells, 1, 72-77. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1002/1615-6854(200105)1:1<72::AID-FUCE72>3.0.CO;2-P
[5]代倩. 多能源复合型电动汽车充换储放电站的能量管理技术研究[D]: [博士学位论文]. 武汉: 华中科技大学,
2014.
[6]徐梁飞. 燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真[J]. 机械工程学报, 2009(45): 141-147.
[7]张琴. 燃料电池汽车动力系统能量管理策略研究[D]: [博士学位论文]. 武汉: 武汉理工大学, 2013.
[8]董婷婷. 增程式电动车能量管理及电池寿命研究[D: [博士学位论文]. 吉林: 吉林大学, 2013.
[9]田瑞雪. 微型燃料电池能源系统管理设计研究[D]: [博士学位论文]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2012.
[10]张文涛. 微小型燃料电池混合电源能量管理策略研究[D]: [博士学位论文]. 大连: 大连理工大学, 2008.
[11]Sakhare, A.R., Davari, A. and Feliachi, A. (2004) Control of Solid Oxide Fuel Cell Fur Stand-Alone and Grid Connec-
tion Using Fuzzy Logic Technique. Symposium on System Theory, 36, 551-555.
[12]Cowina, P.I., Lan, R., Zhang, L., Petit, C.T.G., Kraft, A. and Tao, S.W. (2011) Study on Conductivity and Redox Sta-
bility of Iron Orthovanadate. Materials Chemistry and Physicas, 126, 614-618.
https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1016/j.matchemphys.2011.01.009
[13]李忠华. 质子交换膜燃料电池热模拟计算[D]: [博士学位论文]. 武汉: 武汉理工大学, 2010.
[14]Sopiart, K., Ramli, W. and Daud, W. (2006) Challenges and Future Developments in Proton Exchange Membrane Fuel
cells. Renewable Energy, 31, 719-727. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1016/j.renene.2005.09.003
[15]葛善海, 衣宝廉, 张华民. 质子交换膜燃料电池模型研究进展[J]. 电化学, 2002(4): 363-375.
[16]张颖颖. 质子交换膜燃料电池家庭热电联供系统的仿真分析和控制设计研究[D]: [博士学位论文]. 上海: 上海交
通大学, 2006.
[17]Oyarzabal, B. and Ellis, M. (2004) Development of Thermodynamic, Geometric and Economic Models for Use in the
Optimal Synthesis/Design of a PEM Fuel Cell Cogeneration System for Multi Unit Residential Applications. Journal of Energy Resources Technology, 126, 21-27. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1115/1.1647130
[18]Zhang, Y.Y., Yu, Q.C., Cao, G.Y. and Zhu, X.J. (2006) Research on a Simulated 60 kw PEMFC Cogeneration System
for Domestic Application. Journal of Zhejiang University, 7, 450-457. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1631/jzus.2006.A0450 [19]Ebbesen, S.D., Hogh, J., Nielsen, K.A., Nielsen, J.U. and Mogensen, M. (2011) Durable SOC Stacks for Production of
Hydrogen and Synthesis Gas by High Temperature Electrolysis.International Journal Hydrogen Energy, 36, 7363- 7373. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1016/j.ijhydene.2011.03.130
[20]Al-Sulaiman, A. and Dincer, I. (2010) Exergy Analysis of an Integrated Solid Oxide Fuel Cell and Organic Rankine
Cycle for Cooling, Heating and Power Production. Journal of Power Sources, 195, 2346-2354.
甘丽珍，刘明周
https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1016/j.jpowsour.2009.10.075
[21]贾旭平. 美国Bloom energy公司推出固体氧化物电池微型电站[J]. 电源技术, 2010(6): 20.
[22]Entchev, E. (2002) Residential Fuel Cell Energy Systems Performance Optimization Using Soft Computing Tech-
niques. Journal of Power Sources, 118, 212-217. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.1016/S0378-7753(03)00096-X
期刊投稿者将享受如下服务：
1. 投稿前咨询服务(QQ、微信、邮箱皆可)
2. 为您匹配最合适的期刊
3. 24小时以内解答您的所有疑问
4. 友好的在线投稿界面
5. 专业的同行评审
6. 知网检索
7. 全网络覆盖式推广您的研究
投稿请点击：https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/Submission.aspx
期刊邮箱：aepe@https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,
质子交换膜燃料电池-水热管理
ＰEMFＣ的水、热管理问题 水、热管理是ＰＥＭFC 发电系统的重要环节之一。 水管理 电堆运行时,质子交换膜需要保持一定的湿度,反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响,这就产生了PEMFＣ发电系统的水、热管理问题。通常情况下,电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜,以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降,甚至损坏)；同时又必须及时将生成的水排出,以防电极“淹死”。由于PE ＭFC的运行温度一般在8０℃左右,此时PEMFC 的运行效能最好,因此反应气体进入电堆前需要预加热,这一过程通常与气体的加湿过程同时进行;电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高,必须采取适当的冷却措施，以保持PEMFC电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。 热管理 冷却水箱或余热处理系统是吸收或处理PEMＦC发电机运行产生的热量，保障电站环境不超温。将PＥMFC发电站的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调、采暖或洗消等,实现电热联产联供,可大大提高燃料利用效率,具有极好的发展与应用前景。 为了确保PEMFC电堆的正常工作，通常将电堆、H2和O２处理系统、水热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化集成,构成PEMFC发电机。根据不同负载和环境条件，配置H2和O2存储系统、余热处理系统和电力变换系统,并进行机电一体化集成就可构成PＥMFC发电站。 PEＭFC的存储装置 通常,PEＭFＣ发电站由PEMFＣ发电机和氢气生产与储存装置、空气供应保障系统、氢气安全监控与排放装置、冷却水罐和余热处理系统、电气系统及电站自动控制系统构成。 氢气存储装置为发电机提供氢气,其储量按负荷所需发电量确定。氢气存储方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种,主要按电站所处环境条件及技术经济指标来决定。氢气存储是建设PＥＭFC发电站的关键问题之一，储氢方式、储氢材料选择关系整个电站的安全性和经济性。空气供应保障系统对地面开放空间的PEＭFC应用(如ＰEMFC电动车)不成问题,但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题,如何设置进气通道必须进行严格的论证。氢气安全监控与排放装置是氢能发电站的一个特有问题，由于氢气是最轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、PEMFC电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止电站空间集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感器
储能系统方案设计精编版
商用300KW储能方案 技术要求及参数 电倍率0.5C; 储能系统配置容量：300kWh。 电池系统方案 术语定义 池采集均衡单元：管理一定数量串联电池模块单元，进行电压和温度的采集，对本单元电池模块进行均衡管理。在本方案中管理计60支的电池。电池簇管理单元：管理一个串联回路中的全部电池采集均衡单元，同时检测本组电池的电流，在必要时采取保案中管理17台电池采集均衡单元。电池阵列管理单元：管理PCS下辖全部电池簇管理单元，同时与PCS和后台监控系统通信状态请求PCS调整充放电功率。在本方案中管理2个并联的电池簇。 池模块：由10支5并2串的单体电池组成。 1 电池成组示意图 电池系统集成设计方案 .1电池系统构成 照系统配置300kWh储存能量的技术需求，本储能系统项目方案共使用1台150kW的PCS。储能单元由一台PCS和2个电池簇组台电池阵列管理单元设备。每个电池簇由一台电池簇管理设备和17 个电池组组成。
.2 电池系统计算书项目单体电池模块电池组电池簇电池阵列 体电池数目 1 10 60 1020 2040 称电压(V) 3.2 6.4 38.4 652.8 652.8 量(Ah) 55 275 275 275 -- 定能量(kWh) 0.176 1.76 10.56 179.52 359.04 低工作电压(V) 2.5 5 30 510 510 高充电电压(V) 3.6 7.2 43.2 734.4 734.4 统配置裕量 (359.04kWh -300 kWh)/300 kWh =19.68% 于以上各项分析设计，300kWh 电池系统计算如下。 .3电池柜设计方案 池机柜内部主要安装电池箱和BMS主控管理系统、配套电线电缆、高低压电气保护部件等。机柜采用分组分层设计，机柜外观柜采用免维护技术、模数化组合的装配式结构，保证柜体结构具有良好的机械强度，整体结构能最大程度地满足整个系统的可。其中，三个电池架组成的示意图如图3所示，尺寸为3600mm×700mm×2300mm。
储能电站总体技术方案
储能电站总体技术方案 2011-12-20
目录 1.概述 (3) 2.设计标准 (4) 3.储能电站（配合光伏并网发电）方案 (6) 3.1系统架构 (6) 3.2光伏发电子系统 (8) 3.3储能子系统 (8) 3.3.1储能电池组 (8) 3.3.2 电池管理系统(BMS) (10) 3.4并网控制子系统 (14) 3.5储能电站联合控制调度子系统 (16) 4.储能电站（系统）整体发展前景 (19)
1.概述 大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有20多年的历史，早期主要用于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。电池储能系统在新能源并网中的应用，国外也已开展了一定的研究。上世纪90年代末德国在Herne 1MW的光伏电站和Bocholt 2MW的风电场分别配置了容量为1.2MWh的电池储能系统，提供削峰、不中断供电和改善电能质量功能。从2003年开始，日本在Hokkaido 30.6MW风电场安装了6MW /6MWh 的全钒液流电池（VRB）储能系统，用于平抑输出功率波动。2009年英国EDF电网将600kW/200kWh锂离子电池储能系统配置在东部一个11KV配电网STATCOM中，用于潮流和电压控制，有功和无功控制。 总体来说，储能电站（系统）在电网中的应用目的主要考虑“负荷调节、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等几大功能应用。比如：削峰填谷，改善电网运行曲线，通俗一点解释，储能电站就像一个储电银行，可以把用电低谷期富余的电储存起来，在用电高峰的时候再拿出来用，这样就减少了电能的浪费；此外储能电站还能减少线损，增加线路和设备使用寿命；优化系统电源布局，改善电能质量。而储能电站的绿色优势则主要体现在：科学安全，建设周期短；绿色环保，促进环境友好；集约用地，减少资源消耗等方面。
浅析燃料电池研究进展及应用
浅析燃料电池研究进展及应用 摘要: 燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，能将外界提供的燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。本文介绍了原电池的工作原理、特点和分类，并详细阐述了原电池的研究进展和应用。 关键词: 燃料电池工作原理应用 随着全世界对能源的需求日益增加以及人类对环境质量的关注,采用清洁、高效的能源利用方式、积极开发新能源已经是势在必行。燃料电池是一种电化学的发电装置,等温的按电化学方式,直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,因而能量转化效率高,且无噪音,无污染,正在成为理想的能源利用方式。 1. 燃料电池的工作原理 燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应,其工作原理如图1所示。燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极（负极）和阴极（正极）通入。燃料气在阳极（负极）上放出电子,电子经外电路传导到阴极（正极）并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料气反应,构成回路,产生电流。同时,由于本身的电化学反应以及电池的内阻,燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时,阳极要求有更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构,以便于反应气体的通入和产物排出。电解质起传递离子和分离燃料气与氧化气的作用。为阻挡两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构。 图1燃料电池工作原理示意图 2燃料电池的分类 目前各国开发的燃料电池种类多,应用范围广泛,分类方法也多种多样。燃料电池有不同的分类方法，本文主要介绍按电解质种类分类中的两种燃料电池。（氢燃料电池和直接甲醇燃料电池) 3燃料电池的优点 燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。从理论上来讲,只要连续供给燃料,燃料电池便能连续发电,被誉为“绿色”发电站。燃料电池的优点: (1)发电效率高。理论上, 它的发电效率可达到85% ～90% ,但由于工作时各种极化的限制,目前燃料电池的能量转化效率约为40% ～60%。(2)环境污染小。
储能电站中电池管理系统的研究 赵喜奎
储能电站中电池管理系统的研究赵喜奎 发表时间：2020-03-16T15:10:13.573Z 来源：《电力设备》2019年第20期作者：赵喜奎 [导读] 摘要：本文研究了储能电站中的电池管理系统解决了目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题。 (大唐黑龙江新能源开发有限公司黑龙江哈尔滨 150000) 摘要：本文研究了储能电站中的电池管理系统解决了目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题。 1 引言 “储能电站”是现代化城市为节约和调度电能而建立的一种小型电站。据估算，一个由20个电池模块组成的兆瓦级 “储能电站”，可满足若干个居民小区或多幢商务楼宇一天的非动力用电之需。储能电站不仅可以应对电网中断或大面积停电等突发事件，而且可以起到对电能“削峰填谷”的调节作用。在电能富余时将电能存储，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出。它具备能量转化效率高，绿色环保无污染等众多优势，同时，对于电网的安全运行及发电厂的科学建设也有着相当重要的意义。 关键词：储能电站电池管理系统削峰填谷提高电能质量 2 储能电站中电池管理系统的技术路线 2.1主要技术原理 储能站接在升压变压器低压侧0.4KV处接入，主要考虑削峰填谷、提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能应用。主要由蓄电池、蓄电池管理系统（BMS）、能量转换系统（PCS）、储能站监控系统等组成。储能站将实现提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能。提高电能质量通过有功、无功功率控制等手段实现，有功控制是指通过储能站监控系统接收来自远方调度的有功控制指令，或按照就地频率测量以及对频率调整的需求来控制电池系统充、放电状态；无功控制是指通过储能站监控系统接收来自远方调度的无功控制指令对PCS进行控制。孤网运行是指按照设定的条件脱离主网,在容量范围内为部分负荷提供符合电网电能质量要求的电能。与新能源配合是指储能站与站内的光伏、风电等系统配合，平衡间歇式能源的输出，为电网提供高质量电能。储能电池堆使用寿命不小于30年（按照每天充放电一次计），或充放电循环寿命不小于18000次。 2.2 主要技术路线 电池管理系统无论在储能电站充电过程中还是放电过程中都能可靠的完成电池状态的实时监控和故障诊断，并通过总线的方式告知PCS或储能站监控系统，以便采用更加合理的控制策略，对蓄电池可能出现的故障进行报警并保护其本体，对蓄电池单体及模块的运行进行优化控制，保证蓄电池安全、可靠、稳定的运行。为了储能电站的运行需要，电池管理系统按照如下的方案进行设计和实现。 1.电池基本参数 2.储能电站需单体电芯数量：（1*4*12）*（2*25）*10*2=48000节 3.单体电芯标称电压：2.3V 4.单体电芯标称容量：50AH 5.储能电站额定直流电压：27.6*25=690V 6.电池类型：锂离子电池 7.电池组保护参数及报警阀值 8.运行模式：储能电站充电及放电 2.3储能电站中电池管理系统结构图 如下图1所示。该系统由主控制模块（BCU）、中间控制模块（MBCU）和最小测控模块（LBCU）组成。LBCU模块通过内部CAN总线与MBCU通信。MBCU模块通过CAN总线与BCU通信。BCU与PCS通过CAN总线通信，与监控系统通过RS232通信（如储能电站监控系统为以太网接口，则主板相应增加以太网模块）。 2.4电池管理系统控制模块（BCU）组成 1.电源变换：利用220V供电，通过电源变换器得到3路隔离电源，输出电压均为5V，但有功率和耐压得区别，所以不能混用。 2.指示灯：包括电源指示灯和运行状态指示灯。反映出系统各个模块是否正常运行。 3.看门狗：采用硬件看门狗。 4.存储器：一个记录系统参数，一个记录运行数据。 5. 运行参数存储器记录数据：运行历史记录，故障记录，运行数据和故障记录按页分段，一页未写满，下一记录另起一页。 6. 历史记录方式：每2分钟（时间可调）记录一条运行记录至历史数据地址，记录满后，将历史记录满标志置位，并在从第0开始覆盖以前记录。 7. 故障记录方式：当出现故障的时候，写一条记录，如果故障未恢复也未变化，则每隔3分钟记录一条，如果故障变化，则出现新的故障就记录一条。 8. 系统时钟：用于提供系统记录数据的发生时间，也可用于自放电的处理。 9. 高压电路控制保护模块：由于储能电站电压较高（达到700V以上），故单独设计高压电自动断路控制器模块，实时监控高压电路的
质子交换膜燃料电池水热管理
PEMFC 的水、热管理问题 水、热管理是PEMFC 发电系统的重要环节之一。 水管理 电堆运行时，质子交换膜需要保持一定的湿度，反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响，这就产生了PEMFC 发电系统的水、热管理问题。通常情况下，电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜，以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降，甚至损坏)；同时又必须及时将生成的水排出，以防电极“淹死”。由于PEMFC的运行温度一般在80℃左右，此时PEMFC 的运行效能最好，因此反应气体进入电堆前需要预加热，这一过程通常与气体的加湿过程同时进行；电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高，必须采取适当的冷却措施，以保持PEMFC电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节，并用计算机进行协调控制。 热管理 冷却水箱或余热处理系统是吸收或处理PEMFC发电机运行产生的热量，保障电站环境不超温。将PEMFC发电站的余热进行再利用，如用于工程除湿、空调、采暖或洗消等，实现电热联产联供，可大大提高燃料利用效率，具有极好的发展与应用前景。 为了确保PEMFC电堆的正常工作，通常将电堆、H2和O2处理系统、水热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化集成，构成PEMFC发电机。根据不同负载和环境条件，配置H2和O2存储系统、余热处理系统和电力变换系统，并进行机电一体化集成就可构成PEMFC发电站。 PEMFC的存储装置 通常，PEMFC发电站由PEMFC发电机和氢气生产与储存装置、空气供应保障系统、氢气安全监控与排放装置、冷却水罐和余热处理系统、电气系统及电站自动控制系统构成。 氢气存储装置为发电机提供氢气，其储量按负荷所需发电量确定。氢气存储方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种，主要按电站所处环境条件及技术经济指标来决定。氢气存储是建设PEMFC发电站的关键问题之一，储氢方式、储氢材料选择关系整个电站的安全性和经济性。空气供应保障系统对地面开放空间的PEMFC应用(如PEMFC电动车)不成问题，但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题，如何设置进气通道必须进行严格的论证。氢气安全监控与排放装置是氢能发电站的一个特有问题，由于氢气是最轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、PEMFC电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止电站空间集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感
新型燃料电池的研究毕业论文
毕业设计（论文）题目名称：新型燃料电池的研究
新型燃料电池的研究Research on new type fuel cells
摘要 能源是经济的的基础。人类为了更有效的的利用能源，一直进行着不懈的努力。利用能源的方式历史上有过多次革命性的变革，每一次变革都极大的推进了社会文明的发展。二次能源中，蒸汽由于传输距离短，难以存储而应用受限；电能虽然传输快、传输距离远，但存在传输过程中存在能量损耗大，难于存储的缺点；而氢能既能远距离传输、又能方便存储，因而成为二十一世纪的理想能源，二十一世纪也被称为氢世纪。多年来人们一直努力寻找既有较高能源效率又不污染环境的能源方式，因而引导出燃料电池发电技术。燃料电池是不经燃烧过程直接把燃料的化学能转化为电能的装置，具有能量转换效率高、污染物排放量少的独特优点。燃料电池凭借着它独特的优势应用在各个领域，加速了社社会的发展，推进了社会的文明。本文简述了燃料电池技术，各类燃料电池的原理以及它们各自的特点，并介绍目前燃料电池在国内外的应用现状，同时指出目前影响燃料电池商品化的主要因素。 关键词：新能源；燃料电池；高效率；环境保护。
Abstract Energy is the basis of the economy. Human beings in order to make more effective use of energy, has been making unremitting efforts. The history of the use of energy, there have been several revolutionary changes each time changes are greatly promoted the development of our society. Secondary energy in the steam due to short transmission distance, it is difficult to store and the application is limited; electricity transmission faster, the transmission distance, but there is energy loss in the transmission process, difficult to store shortcomings; hydrogen both long-distance transmission. can facilitate the storage, and thus become the ideal energy of the twenty-first century, the twenty-first century is also known as a hydrogen century. Over the years people have been trying to find the energy efficiency of higher energy without polluting the environment, and thus lead to a fuel cell power generation technology. The fuel cell is not directly by the combustion process the fuel chemical energy converted into electrical energy, with the unique advantages of high energy conversion efficiency of the discharge of pollutants. The fuel cell by virtue of its unique advantages of application in various fields to accelerate the social development of society, and promote the social civilization. In this paper, the fuel cell technology, the principle of various types of fuel cells and their respective characteristics, and describes the application of fuel cells at home and abroad, noting that the main factors affecting the commercialization of fuel cell. Keywords: new energy; fuel cell; high efficiency; environmental protection.
电池储能系统能量管理技术浅析(经典)
电池储能系统BMS发展概况 由于BMS在电池储能系统中发挥的巨大作用，吸引了国内外一大批优秀的电池企业或保护板企业，甚至新兴高科技企业，如A123、ATL、比亚迪、惠州亿能、东莞钜威等对电池储能系统BMS的研发投入。早期的电池管理系统一般只有电池过充电/过放电控制、电压/电流/温度监测及简单的通讯等功能，初步满足了电池储能系统的需求。 但是由于电池制造工艺的限制，特别是国内大多数生产电池的厂商，仍旧在采用半自动化甚至手工方式生产电池，导致电 池内阻、电压、容量的一致性问题，在大型储能系统中遇到了严峻的考验，严重影响着储能系统容量及性能的发挥，电池组使 用寿命可能缩短数倍甚至十几倍。 为了解决电池的一致性问题，电池均衡技术应运而生。新的带无源均衡(Passive Balancing)功能的电池管理技术，增强了电池的采集监测功能，采用一定的均衡控制策略，并且加入了高速的通信功能，可以在一定程度上减轻电池一致性带来的容量 下降及寿命缩短问题。目前许多企业都是采用这种方式进行电池管理系统的设计。然而这一传统的均衡技术却带来了新的问题，无源均衡方案，采用功率型电阻作为均衡器件，例如美国的专利《Systemand Method for Balancing Cells in a Battery Packwith Selective Bypass Paths》(US7,466,104 B2)，《Method for Balancing Lithium Secondary Cells andModules》(US7,609,031 B2)中都有说明，这一均衡方式在大型电池系统中带来了均衡电流做不大、热耗散困难、均衡电路散热设计成本高昂等问题，并且均衡效率较低、可靠性差。在这种形势下，新一代更优功能均衡技术的研发迫在眉睫。 近几年来随着大型电池组的出现，电池管理系统中的有源均衡(Active Balancing)技术迅速进入人们的视野。该技术拥有 均衡电流大，均衡时间长，热耗散低，充电效率高等优点。有源均衡已经被业界认可成为最有希望能够实现的大电流均衡方式。最新的带有源均衡技术的电池管理系统，拥有更高级别的数据采集速率与精度，高精度SOC估算，高速稳定的通讯架构，增强了电池组的监控与安全保护功能，全面满足当前储能系统的性能需求。 电池储能系统BMS的技术要点 电池均衡技术 由于电池在生产过程中，设备控制精度会使原材料的配比、正负极上原材料的分布密度产生差异，操作过程会对电池的半 成品产生不同的细微损伤，电池属于化学品，这些变化都会使电池的性能产生变化，直接反应在电池的容量、内阻、电压上。 在成组过程中，电池的搬运、轻微碰撞、焊接、固定等，也会使电池的性能发生变化。在长期的使用过程中，自放电率、环境 温度、湿度、充放电深度等的不同，会使电池的衰减速度不一致，导致电池间更大的一致性差异。 电池的一致性差异会在电池储能系统中造成能量的水桶效应，导致充电时，容量最小的电池容易过充，放电时，容量最小 的电池又容易过放，由于容量最小的电池受损，容量变得更小，进入恶性循环，影响电池循环寿命。 另外，单体电池性能的优劣也直接影响到整组电池的充放电特性，电池组容量降低。 BMS厂家为了解决电池的一致性问题，通过各种各样的均衡技术改善电池的一致性。一般为分损耗型电阻分流法、非损耗型开关电容法和DC-DC变换器法。 (1)电阻分流法电阻分流法是目前应用最多均衡技术，其原理简单，易于实现，成本低廉，基本的原理图如图1所示：
储能系统功能介绍及基本拓扑
储能系统功能介绍及基本拓扑 储能系统是一个可完成存储电能和供电的系统。本系统主要由两大单元组成：储能单元 和监控与调度管理单元。储能单元包含储能电池组、电池管理系统、PCS等;监控与调度管 理单元包括计算机、控制软件及显示终端。 储能系统PCS功能描述： 储能变流器又叫储能系统双向变流器，又可以称为功率变换系统（PCS。储能变流器 是储能单元中功率调节的执行设备，由若干个交直流变换模块及直流变换模块构成。储能系统中的能量转换系统（PCS处于交流380V三相电网和储能电池组之间，用于满足储能电池 组充放电控制的需要。在监控与调度系统的调配下，可满足额定的功率需求，并结合电池管理系统的信息，实施有效和安全的储电和放电管理。 储能系统电池管理系统功能描述：电池管理系统安装于储能电池组内，负责对储能电池组进行电压、温度、电流、容量等信息的采集，实时状态监测和故障分析，同时通过CAN总线与PCS监控与调度系统联机 通信，实现对电池进行优化的充放电管理控制。本系统每簇电池组各自配套一套电池管理系统，能达到有效和高效地使用每簇储能电池及整体合理调配的目的。 监控与调度管理系统： 监控与调度管理系统（以下简称监控调度系统，SDS，Supervision and Dispatch System ）是储能单元的能量调度、管理中心，负责收集全部电池管理系统数据、储能变流器 数据及配电柜数据，向各个部分发出控制指令，控制整个储能系统的运行，合理安排储能变流器工作; 系统既可以按照预设的充放电时间、功率和运行模式自动运行，也可以接受操作员的即时指令运行。 电池管理系统主要功能-nego 使用的电池管理系统功能。 （1）单体电池电压的检测利用专用电压测量芯片，内含高精度A/D 转换模块。电池巡 检周期达到150ms,电压检测范围0~5V,精度%FSR从而精确及时监控电池在使用过程中的状态及变化。有效时防止电池的不正当使用。
燃料电池发展现状研究报告进展资料
应用电化学论文作业 题目燃料电池的发展现状及研究进展学院化学与化学工程学院 专业班级制药134班 郭莹莹
摘要 燃料电池是一种清洁高效的能源利用方式，它是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。发展燃料电池对于改善环境和实现能源可持续发展有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及燃料电池的优点，详细阐述了燃料电池现在的发展现状和未来研究前景的展望。 关键词：燃料电池转换装置应用发展
1 燃料电池的工作原理及分类 燃料电池( Fuel Cell，FC) 是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEM-FC) 、磷酸燃料电池( Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC) 、碱性燃料电池( Alkaline Fuel Cell，AFC) 、固体氧化物燃料电池( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC) 及熔融碳酸盐燃料电池( Molten CarbonateFuel Cell，MCFC) 等。以质子交换膜燃料电池为例，主要部件包括: 膜电极组件( Membrane Elec-trode Assembly，MEA) 、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反应的核心部件，由阴阳极多孔气体扩散电极和电解质隔膜组成。电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，电子通过外电路作功，反应产物为水。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为0．7 V 左右。为了满足一定应用背景的功率需求，燃料电池通常由数百个单电池串联形成燃料电池堆或模块。因此，与其它化学电源一样，燃料电池的均一性非常重要。燃料电池发电原理与原电池类似( 见图1) ，但与原电池和二次电池比较，需要具备一相对复杂的系统，通常包括燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统，其工作方式与燃机类似。理论上只要外部不断供给燃料与氧化剂，燃料电池就可以续发电。
储能电站总体技术方案设计
储能电站总体技术方案 2011-12-20
目录 1.概述 (3) 2.设计标准 (4) 3.储能电站（配合光伏并网发电）方案 (6) 3.1系统架构 (6) 3.2光伏发电子系统 (7) 3.3储能子系统 (7) 3.3.1储能电池组 (8) 3.3.2 电池管理系统(BMS) (9) 3.4并网控制子系统 (12) 3.5储能电站联合控制调度子系统 (14) 4.储能电站（系统）整体发展前景 (16)
1.概述 大容量电池储能系统在电力系统中的应用已有20多年的历史，早期主要用于孤立电网的调频、热备用、调压和备份等。电池储能系统在新能源并网中的应用，国外也已开展了一定的研究。上世纪90年代末德国在Herne 1MW的光伏电站和Bocholt 2MW的风电场分别配置了容量为1.2MWh的电池储能系统，提供削峰、不中断供电和改善电能质量功能。从2003年开始，日本在Hokkaido 30.6MW 风电场安装了6MW /6MWh 的全钒液流电池（VRB）储能系统，用于平抑输出功率波动。2009年英国EDF电网将600kW/200kWh锂离子电池储能系统配置在东部一个11KV配电网STATCOM中，用于潮流和电压控制，有功和无功控制。 总体来说，储能电站（系统）在电网中的应用目的主要考虑“负荷调节、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等几大功能应用。比如：削峰填谷，改善电网运行曲线，通俗一点解释，储能电站就像一个储电银行，可以把用电低谷期富余的电储存起来，在用电高峰的时候再拿出来用，这样就减少了电能的浪费；此外储能电站还能减少线损，增加线路和设备使用寿命；优化系统电源布局，改善电能质量。而储能电站的绿色优势则主要体现在：科学安全，建设周期短；绿色环保，促进环境友好；集约用地，减少资源消耗等方面。
燃料电池研究现状与未来发展
燃料电池研究现状与未来发展香山科学会议第59次学术讨论会于1996年8月24～27日举行。会议主题是“燃料电池研究现状与未来发展”。会议执行主席路甬祥与王佛松院士主持了会议。42位来自中国科学院、全国高校及公司等25个单位的燃料电池及相关学科的专家学者共同研讨燃料电池的发展现状和未来走向，以及发展我国燃料电池技术大计。 会议综述报告及中心议题讨论内容主要包括3部分：(1)燃料电池的总体评价；(2)目前处于研究开发阶段的3种类型燃料电池的评价；(3)我国发展此技术应采取的战略与策略。 一、燃料电池的技术评价 燃料电池(Fuel cell缩写FC)是将气体燃料的化学能直接转化为电能的电化学连续发电装置。电池电化学基本反应：H2十l／202＝H20和CO十1／202＝C02。自150余年前被发明以来，现已发展了6种形式。它们分别为碱性(AFC)、磷酸(PAFC)、熔融酸盐(MCFC)、固体氧化物(SOFC)、聚合物离子膜(PEMFC或SPFC)及生物燃料电池(BEFC)。 概括而言，燃料电池具有以下优点：(1)能量转换效率高达45—60％。而火电和核电为30一40％；(2)有害气体SO x、NO x及噪音排放很低；CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低；元机械振动；(3)燃料适用范围广，凡能
转化为H2和CO燃料均可使用；(4)积木性强；规模及安装地点灵活；规模小(数十千瓦级)影响能量转换效率不明显。 现PAFC在发达国家已商业化；AFC在60年代末即用于航天器。其它方面的应用不如PEMFC更具优势；BEFC尚处于实验室的探索性基础研究阶段。目前各国的燃料电池的研究开发重点主要集中在MCFC、SOFC和PEMFC上。 1．MCFC运行温度650℃，燃料适用范围广，电催化剂为非贵金属，余热可为燃气轮机所利用，适用于固定式发电电站。在各国对燃料电池的经费投入中，MCFC所占比例最大。现国外(美、日、西欧)已有100kW级发电系统的运行，预计美国2000年实现商业化，日本计划2005年实现商业化。目前MCFC研究需要解决的关键技术问题有：(1)阴极(NiO)溶解，这是影响电池寿命的主要因素；(2)阳极蠕变；(3)熔盐电质对电池双极板的腐蚀；(4)电解液流失。 2．SOFC作为运行温度最高的燃料电池(800—l000℃)，功率密度高，采用全固体结构，无腐蚀性液体，燃料适用范围广，天然气可不经重整直接使用。其尾气温度高达900℃，可为燃气轮机和蒸汽轮机所用，发电效率可达70％，如加上余热利用其燃料利用率可达90％，可用于大中小型电站，作为运载工具的驱动电源也有应用前景。目前SOFC研究十分活跃，电池模块的制备规模在美、日、德三国已达20一30kW。2000一2010年间可实现商业化。目
基于燃料电池的储能电池系统的热能管理研究进展
Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展, 2016, 4(6), 195-204 Published Online December 2016 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/journal/aepe https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/10.12677/aepe.2016.46025 文章引用: 甘丽珍, 刘明周. 基于燃料电池的储能电池系统的热能管理研究进展[J]. 电力与能源进展, 2016, 4(6): Research Progress of Heat Management of Fuel Cell for Energy Storage Lizhen Gan *, Mingzhou Liu Department of Industrial Engineering, School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei Anhui Received: Oct. 20th , 2016; accepted: Nov. 7th , 2016; published: Nov. 11th , 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.sodocs.net/doc/5b8726300.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Energy storage system is effective for current clean and renewable electricity utilization/storage. Reversible fuel cell system, as an efficient future energy conversion system, has been attracting a lot of attentions in the world. However, the reversible storage of clean electric energy based on fuel cell system also needs to meet the commercial requirements of 80% of the energy efficiency. This paper reviews the latest research progress in energy management of the fuel cell system, and the research direction of the energy management of high temperature fuel cell system is pre-sented. Keywords Clean Energy, Fuel Cells, Energy Management 基于燃料电池的储能电池系统的 热能管理研究进展 甘丽珍*，刘明周 合肥工业大学机械工程学院工业工程系，安徽 合肥 收稿日期：2016年10月20日；录用日期：2016年11月7日；发布日期：2016年11月11日 Open Access *通讯作者。
燃料电池的发展现状及研究进展资料
应用电化学 论文作业 题目燃料电池的发展现状及研究进展学院化学与化学工程学院 专业班级制药134班 姓名郭莹莹
摘要 燃料电池是一种清洁高效的能源利用方式，它是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。发展燃料电池对于改善环境和实现能源可持续发展有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及燃料电池的优点，详细阐述了燃料电池现在的发展现状和未来研究前景的展望。 关键词：燃料电池转换装置应用发展
1 燃料电池的工作原理及分类 燃料电池( Fuel Cell，FC) 是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEM-FC) 、磷酸燃料电池( Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC) 、碱性燃料电池( Alkaline Fuel Cell，AFC) 、固体氧化物燃料电池( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC) 及熔融碳酸盐燃料电池( Molten CarbonateFuel Cell，MCFC) 等。以质子交换膜燃料电池为例，主要部件包括: 膜电极组件( Membrane Elec-trode Assembly，MEA) 、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反应的核心部件，由阴阳极多孔气体扩散电极和电解质隔膜组成。电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，电子通过外电路作功，反应产物为水。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为0．7 V 左右。为了满足一定应用背景的功率需求，燃料电池通常由数百个单电池串联形成燃料电池堆或模块。因此，与其它化学电源一样，燃料电池的均一性非常重要。燃料电池发电原理与原电池类似( 见图1) ，但与原电池和二次电池比较，需要具备一相对复杂的系统，通常包括燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统，其工作方式与内燃机类似。理论上只要外部不断供给燃料与氧化剂，燃料电池就可以续发电。 图1 PEMFC 基本原理 燃料电池从发明至今已经经历了100 多年的历程。于能源与环境已成为人
燃料电池的发展现状及研究进展
应用电化学 论文作业题目燃料电池的发展现状及研究进展学院化学与化学工程学院 专业班级制药134班 姓名郭莹莹
摘要 燃料电池是一种清洁高效的能源利用方式，它是一种能够持续将化学能转化为电能的能量转换装置。发展燃料电池对于改善环境和实现能源可持续发展有重要意义。本文介绍了燃料电池的工作原理、分类及燃料电池的优点，详细阐述了燃料电池现在的发展现状和未来研究前景的展望。 关键词：燃料电池转换装置应用发展 1 燃料电池的工作原理及分类 燃料电池( Fuel Cell，FC) 是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEM-FC) 、磷酸燃料电池( Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC) 、碱性燃料电池( Alkaline Fuel Cell，AFC) 、固体氧化物燃料电池 ( Solid Oxide Fuel Cell，SOFC) 及熔融碳酸盐燃料电池( Molten CarbonateFuel Cell，MCFC) 等。以质子交换膜燃料电池为例，主要部件包括: 膜电极组件( Membrane Elec-trode Assembly， MEA) 、双极板及密封元件等。膜电极组件是电化学反应的核心部件，由阴阳极多孔气体扩散电极和电解质隔膜组成。电解质隔膜两侧分别发生氢氧化反应与氧还原反应，电子通过外电路作功，反应产物为水。额定工作条件下，一节单电池工作电压仅为0．7 V 左右。为了满足一定应用背景的功率需求，燃料电池通常由数百个单电池串联形成燃料电池堆或模块。因此，与其它化学电源一样，燃料电池的均一性非常重要。燃料电池发电原理与原电池类似( 见图1) ，但与原电池和二次 电池比较，需要具备一相对复杂的系统，通常包括燃料供应、氧化剂供应、水热管理及电控等子系统，其工作方式与内燃机类似。理论上只要外部不断供给燃料与氧化剂，燃料电池就可以续发电。 图1 PEMFC 基本原理 燃料电池从发明至今已经经历了 100 多年的历程。于能源与环境已成为人类社会赖以生存的重点问题。近20 年以来，燃料电池这种高效、洁净的能量 转化装置得到了各国政府、开发商及研究机构的普遍重视。燃料电池在交通运输、便携式电源、分散电站、航空及水下潜器等民用与军用领域展现出广阔的应用前景。目前，燃料电池汽车、电站及便携式电源等均处于示范阶段，在商
BMS储能系统用户手册(V1.0)-磷酸铁锂要点
储能电站电池管理系统 (BＭS） 用户手册V1.0 (磷酸铁锂电池) 深圳市光辉电器实业有限公司
目录 1、概述?错误!未定义书签。 ２、系统特点.............................................................................................................. 错误!未定义书签。 3、储能电站系统组成?错误!未定义书签。 4、电池管理系统主要组成 (4) ４．1 储能电池管理模块EＳBMM ......................................................................... 错误!未定义书签。 4.1.1 ESBＭM-12版本?错误!未定义书签。 ４.１．2 EＳBMM－24版本........................................................................... 错误!未定义书签。 4．2 电池组控制模块ＥＳGU................................................................................ 错误!未定义书签。 4.3 储能系统管理单元ESMU ............................................................................... 错误!未定义书签。 5、安装及操作注意事项?错误!未定义书签。 19 附录Ａ:产品操作使用界面?