混合动力燃料电池/蓄电池船舶的智能能源管理系统

《IEEE Transactions on Industry Applications》：Intelligent Energy Management System for Hybrid Fuel Cell/Battery Powered Ships

氢燃料电池与锂离子电池混合系统在零排放海事应用中的能量管理策略研究。摘要：

　　

摘要：

氢燃料电池和低温燃料电池可以用于某些零排放的海上应用。然而，氢燃料电池通常需要与电池结合使用，以确保稳定的电力供应。因此，开发基于混合电池-燃料电池系统的零排放系统至关重要，该系统需要采用先进的控制策略来调节质子交换膜燃料电池（PEMFC）的输出功率，并准确管理电池、PEMFC系统和负载之间的能量流动。本文提出了一种适用于零排放船舶的基于PEMFC/锂离子电池混合动力系统（HPS）的智能能源管理策略（EMS）。该策略利用神经网络来合理控制混合动力系统各组件之间的功率分配，以满足负载功率需求并减少燃料电池的退化。整个系统在MATLAB/Simulink环境下进行了建模和仿真。文中还展示了基于丹麦某双端渡轮案例研究的系统运行实验结果。最后，对实验结果进行了讨论，并验证了所设计的EMS在混合动力零排放系统中的适用性。

引言

港口和沿海地区的温室气体（GHG）排放主要源于船舶运输中对化石燃料（如船用汽油MGO）的广泛使用[1],[2]。这些海上温室气体排放约占全球总排放量的3%[2]。为了减轻海上空气污染并在2050年前实现净零二氧化碳排放，国际海事组织（IMO）推出了多项计划、政策和环境法规[3],[4]。其中，要求过渡到环保燃料，并用更新版本的船舶替换老旧船队。由混合动力零排放推进系统驱动的船舶技术被认为是一个有前景的解决方案。以氢气（H2）为燃料的质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其环保优势、低工作温度、高效率和低噪音水平而有望成为船舶推进系统的理想能源[5]。为了建立零排放混合动力系统（HPS），人们将燃料电池（FC）系统与锂离子电池结合使用，并将其应用于各种重型运输和建筑设备[6]。此外，电池还用于提升PEMFC系统的动态性能。因此，需要实现电池与PEMFC系统的混合使用、合理配置系统组件，并开发先进的能源管理系统（EMS），以有效管理不同能源之间的功率分配，满足负载功率需求，减少氢燃料消耗，提高系统效率，并减缓燃料电池的退化[7]。