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第1篇

燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒而以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，可以用天然氣、石油液化氣、煤氣等作為燃料。也是煤炭潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。按電解質(zhì)種類可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、再生氫氧燃料電池(RFC)、直接醇類燃料電池（DMFC），還有如新型儲(chǔ)能電池、固體聚合物型電池等。

氫和氧氣是燃料電池常用的燃料氣和氧化劑。此外，CO等一些氣體也可作為MCFC與SOFC的燃料。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展看，高溫型MCFC和SOFC系統(tǒng)是利用煤炭資源進(jìn)行高效、清潔發(fā)電的有效途徑。我國(guó)豐富的煤炭資源是燃料電池所需燃料的巨大來(lái)源。

燃料電池具有高效率、無(wú)污染、建設(shè)周期短、易維護(hù)以及成本低的誘人特點(diǎn)，它不僅是汽車最有前途的替代清潔能源，還能廣泛用于航天飛機(jī)、潛艇、水下機(jī)器人、通訊系統(tǒng)、中小規(guī)模電站、家用電源，又非常適合提供移動(dòng)、分散電源和接近終端用戶的電力供給，還能解決電網(wǎng)調(diào)峰問題。隨著燃料電池的商業(yè)化推廣，市場(chǎng)前景十分廣闊。人們預(yù)測(cè)，燃料電池將成為繼火電、水電、核電后的第四電方式[1]，它將引發(fā)21世紀(jì)新能源與環(huán)保的綠色革命。

1，中國(guó)燃料電池技術(shù)的進(jìn)展

“燃料電池技術(shù)”是我國(guó)“九五”期間的重大發(fā)展項(xiàng)目，目標(biāo)是，利用我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，從高起點(diǎn)做起，加強(qiáng)創(chuàng)新；在“九五”期間，使我國(guó)燃料電池的技術(shù)發(fā)展接近國(guó)際水平。內(nèi)容包括“質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)”、“熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)”及“固體氧化物燃料電池技術(shù)”三大項(xiàng)目[2]，其中，用于電動(dòng)汽車的“5kW質(zhì)子交換膜燃料電池”列為開發(fā)的重點(diǎn)。此項(xiàng)任務(wù)由中國(guó)科學(xué)院及部門所屬若干研究所承擔(dān)。所定目標(biāo)業(yè)已全部實(shí)現(xiàn)。

在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）方面，我國(guó)研究開發(fā)的這類電池已經(jīng)達(dá)到可以裝車的技術(shù)水平，可以與世界發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)，而且在市場(chǎng)份額上，可以并且有能力占有一定比例[1]。我國(guó)自把質(zhì)子交換膜燃料電池列為"九五"科技攻關(guān)計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目以后，以大連化學(xué)物理研究所為牽頭單位，在全國(guó)范圍內(nèi)全面開展了質(zhì)子交換膜燃料電池的電池材料與電池系統(tǒng)的研究，取得了很大進(jìn)展，相繼組裝了多臺(tái)百瓦、1kW-2kW、5kW、10kW至30kW電池組與電池系統(tǒng)。5kW電池組包括內(nèi)增濕部分,其重量比功率為100W/kg，體積比功率為300W/L。質(zhì)子交換膜燃料電池自行車已研制成功，現(xiàn)已開發(fā)出200瓦電動(dòng)自行車用燃料電池系統(tǒng)。百瓦級(jí)移動(dòng)動(dòng)力源和5kW移動(dòng)通訊機(jī)站動(dòng)力源也已開發(fā)成功。千瓦級(jí)電池系統(tǒng)作為動(dòng)力源，已成功地進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。由6臺(tái)5kW電池組構(gòu)成的30kW電池系統(tǒng)已成功地用作中國(guó)首臺(tái)燃料電池輕型客車動(dòng)力源。裝車電池最大輸出功率達(dá)46千瓦。目前該車最高時(shí)速達(dá)60.6km/h，為燃料電池電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。該電池堆整體性能相當(dāng)于奔馳、福特與加拿大巴拉德公司聯(lián)合開發(fā)的MK7質(zhì)子交換膜燃料電池電動(dòng)車的水平[3]。我國(guó)目前正在進(jìn)行大功率質(zhì)子交換膜燃料電池組的開發(fā)和燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集成的研究。

在熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）方面，我國(guó)已經(jīng)研制出α和γ型偏鋁酸鋰粗、細(xì)粉料，制備出大面積（大于0.2m2）的電池隔膜，預(yù)測(cè)隔膜壽命超過3萬(wàn)小時(shí)。在進(jìn)行材料部件研究的基礎(chǔ)上，成功組裝和運(yùn)行了千瓦級(jí)電池組。

在固體氧化物燃料電池（SOFC）技術(shù)方面，已經(jīng)制備出厚度為5-10μm的負(fù)載型致密YSZ電解質(zhì)薄膜，研制出一種能用作中溫SOFC連接體的Ni基不銹鋼材料。負(fù)載型YSZ薄膜基中溫SOFC單體電池的最大輸出功率密度達(dá)到0.4W/cm2,負(fù)載型LSGM薄膜基中溫SOFC單體電池的最大輸出功率密度達(dá)到0.8W/cm2。這些技術(shù)創(chuàng)新為研制千瓦級(jí)、十千瓦級(jí)中溫固體氧化物燃料電池發(fā)電技術(shù)的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2，國(guó)外燃料電池技術(shù)發(fā)展迅猛

燃料電池是新世紀(jì)最有前途的清潔能源，是替代傳統(tǒng)能源的最佳選擇。因此，燃料電池技術(shù)的研究開發(fā)受到許多國(guó)家的政府和跨國(guó)大公司的極大重視。美國(guó)將燃料電池技術(shù)列為涉及國(guó)家安全的技術(shù)之一，《時(shí)代》周刊將燃料電池電動(dòng)汽車列為21世紀(jì)10大高技術(shù)之首；日本政府認(rèn)為燃料電池技術(shù)是21世紀(jì)能源環(huán)境領(lǐng)域的核心；加拿大計(jì)劃將燃料電池發(fā)展成國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。近十年來(lái)，國(guó)外政府和企業(yè)在燃料電池方面的投資額超過100億美元。為開發(fā)燃料電池，戴姆勒－克萊斯勒公司一家近年來(lái)每年就投入10億美元，豐田公司的年投資額超過50億日元[4]。

歐、美發(fā)達(dá)國(guó)家和日本等國(guó)政府和企業(yè)界都將大型燃料電池的開發(fā)作為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，并且已取得了許多重要成果，PEMFC技術(shù)已發(fā)展到實(shí)用階段，使得燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)而廣泛應(yīng)用于發(fā)電及汽車上。2MW、4.5MW、11MW成套燃料電池發(fā)電設(shè)備已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，用于國(guó)防、航天、汽車、醫(yī)院、工廠、居民區(qū)等方面；各等級(jí)的燃料電池發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達(dá)國(guó)家建成，其中，國(guó)際燃料電池產(chǎn)業(yè)巨頭加拿大巴拉德公司籌資3.2億美元，建成的燃料電池廠已于2001年2月正式投產(chǎn)。美國(guó)和歐洲將成批生產(chǎn)低成本的家用供電－供暖燃料電池作為最近的開發(fā)計(jì)劃。目前，在北美、日本和歐洲，燃料電池發(fā)電正快速進(jìn)入工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的階段。

目前，車用氫燃料電池已成為世界各大汽車公司技術(shù)開發(fā)的重中之重。迄今為止，世界6大汽車公司在開發(fā)氫燃料電池車上的開發(fā)費(fèi)用已超過100億美元，并以每年10億美元的速度遞增[5]。1997年至2001年，各大公司研制出的車用燃料電池就達(dá)41種。

3，我國(guó)開發(fā)燃料電池技術(shù)相對(duì)乏力

我國(guó)研究燃料電池有過起落。在20世紀(jì)60年代曾開展過多種燃料電池的實(shí)驗(yàn)室研究，70年入大量人力物力開展用于空間技術(shù)的燃料電池研究，其后研究工作長(zhǎng)期停頓。最近幾年，我國(guó)才開始重新重視燃料電池技術(shù)的研究開發(fā)，并取得很大進(jìn)展。特別在PEMFC方面，達(dá)到或接近了世界水平。但是，在總體上，我國(guó)燃料電池的研究開發(fā)剛剛起步，仍處于科研階段，與國(guó)外相比，我國(guó)的燃料電池研究水平還較低，我國(guó)對(duì)燃料電池的組織開發(fā)力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。作為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，開發(fā)以煤作為一次能源的高溫型MCFC和SOFC具有特別重要的意義。但是我國(guó)在MCFC、SOFC研究方面與國(guó)外的差距很大，要實(shí)現(xiàn)實(shí)用化、商業(yè)化應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。迄今為止，我國(guó)還沒有燃料電池發(fā)電站的應(yīng)用實(shí)例。這和我國(guó)這樣一個(gè)大國(guó)的地位很不相稱。盡管國(guó)家也將燃料電池技術(shù)列為"九五"攻關(guān)項(xiàng)目，國(guó)家和企業(yè)投入的資金卻極為有限，年度經(jīng)費(fèi)僅為千萬(wàn)元量級(jí)人民幣，與發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)億美元的投入相比顯得微不足道；承擔(dān)研究任務(wù)的也只是中科院等少數(shù)科研院所，且研究力量分散，缺少企業(yè)的介入，難以取得突破性進(jìn)展，尤其是難以將取得的研究成果進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)，以形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。從表1所列國(guó)外燃料電池的研究和開況看，歐、美國(guó)家和日本等大多是以公司企業(yè)為主在從事燃料電池的研究開發(fā)和制造生產(chǎn)，而且規(guī)模很大，例如，僅加拿大的Ballard一家公司的資產(chǎn)就達(dá)10億美元。

4，大力發(fā)展燃料電池技術(shù)勢(shì)在必行

從世界燃料電池迅猛發(fā)展的勢(shì)頭看，本世紀(jì)頭十年將是燃料電池發(fā)電技術(shù)商品化、產(chǎn)業(yè)化的重要階段，其技術(shù)實(shí)用性、生產(chǎn)成本等都將取得重大突破。預(yù)計(jì)燃料電池系統(tǒng)將在潔凈煤燃料電池電站、電動(dòng)汽車、移動(dòng)電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，潛在市場(chǎng)十分巨大。可以預(yù)料，分散電源供電系統(tǒng)——燃料電池發(fā)電廠必將在21世紀(jì)內(nèi)取代以“大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓”為主要特征的現(xiàn)代電力系統(tǒng)，成為電力行業(yè)的主力軍。而燃料電池的普遍推廣應(yīng)用，必將在能源及相關(guān)領(lǐng)域引發(fā)一場(chǎng)深刻的革命，促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的形成，帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。能源領(lǐng)域的這場(chǎng)革命是我國(guó)政府、企業(yè)、科研院所、高等院校不得不正視的課題，我們對(duì)此必須有充分認(rèn)識(shí)并給予足夠的重視。我們應(yīng)該準(zhǔn)確把握這場(chǎng)革命所帶給我們的機(jī)遇，毫不遲疑地投入足夠的人力、物力、財(cái)力，推動(dòng)燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用工作，使之早日實(shí)用化產(chǎn)業(yè)化，為我國(guó)的國(guó)家能源安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

國(guó)家計(jì)委在1997年提出的中國(guó)潔凈煤技術(shù)到2010年的發(fā)展綱要中，已把燃料電池列為煤炭工業(yè)潔凈煤的14項(xiàng)技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)之一[6]。在“十五”科技發(fā)展規(guī)劃中，燃料電池技術(shù)被列為重點(diǎn)實(shí)施的重大項(xiàng)目[7]。

第2篇

關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池；雙極板；電極；催化劑

1質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)及原理

按照電解質(zhì)的不同可將燃料電池分為磷酸燃料電池、堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等五類。PEMFC單電池由質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散電極、雙極板等構(gòu)成，圖1是其結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖。

PEMFC的基本工作過程如下：

（1）氫氣通過雙極板上的導(dǎo)氣通道到達(dá)電池的陽(yáng)極，氫分子在催化劑的作用下解離形成氫離子和電子；

（2）氫離子以水合質(zhì)子H+（xH2O）的形式通過電解質(zhì)膜到達(dá)陰極，電子在陽(yáng)極側(cè)積累；

（3）氧氣通過雙極板到達(dá)陰極后，氧分子在催化劑的作用下變成氧離子，陰、陽(yáng)極間形成一個(gè)電勢(shì)差；

（4）陽(yáng)極和陰極通過外電路連接起來(lái)，在陽(yáng)極積聚的電子就會(huì)通過外電路到達(dá)陰極，形成電流，對(duì)負(fù)載做功。同時(shí)，在陰極側(cè)反應(yīng)生成水；

（5）只要持續(xù)不斷地提供反應(yīng)氣體，PEMFC就可以連續(xù)工作，對(duì)外提供電能。

2質(zhì)子交換膜燃料電池的特點(diǎn)

（1）高效率。PEMFC以電化學(xué)方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，不存在燃燒過程，不受卡諾循環(huán)限制，其理論熱效率可達(dá)85-90%，目前的實(shí)際效率大約是內(nèi)燃機(jī)的兩倍。傳統(tǒng)動(dòng)力源為了提高效率必須將負(fù)荷限制在很小范圍內(nèi)，而PEMFC幾乎在全部負(fù)荷范圍內(nèi)均有很高效率。

（2）模塊化。PEMFC在結(jié)構(gòu)上具有模塊化的特點(diǎn)，可根據(jù)不同動(dòng)力需求組合安裝，采用“搭積木”式的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)化了不同規(guī)模電堆的設(shè)計(jì)制造過程。

（3）高可靠性。由于PEMFC電堆采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)。一旦某個(gè)單電池發(fā)生故障，可自動(dòng)采取適當(dāng)屏蔽措施，只會(huì)使系統(tǒng)輸出功率略有下降，而不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的癱瘓。

（4）燃料多樣性。PEMFC動(dòng)力系統(tǒng)既可以純氫為燃料，也可以重整氣為燃料。氫氣的來(lái)源可以是電解水的產(chǎn)物，也可以是對(duì)汽油、柴油、二甲醚等化石類燃料重整的產(chǎn)物。氫氣的存儲(chǔ)方式可以是高壓氣罐、液氫、金屬氫化物等。

（5）環(huán)境友好。當(dāng)采用純氫為燃料時(shí)，PEMFC的唯一產(chǎn)物是水，可以做到零排放。以重整氣為燃料時(shí)，相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)而言，排放也極大降低。此外，PEMFC噪聲水平也很低，各結(jié)構(gòu)部件均可回收利用。3研究現(xiàn)狀

3.1關(guān)鍵部件

電解質(zhì)膜、雙極板、催化劑及氣體擴(kuò)散電極是質(zhì)子交換膜燃料電池的四大關(guān)鍵部件。

電解質(zhì)膜是PEMFC的核心部件，它直接影響燃料電池的性能與壽命。1962年美國(guó)杜邦公司研制成功全氟磺酸型質(zhì)子交換膜，1966年開始用于燃料電池，其商業(yè)型號(hào)為Nafion，至今仍廣泛使用。但由于Nafion膜成本較高，各國(guó)科學(xué)家正在研究部分氟化或非氟質(zhì)子交換膜。

雙極板在PEMFC中起著支撐、集流、分割氧化劑與還原劑并引導(dǎo)氣體在電池內(nèi)電極表面流動(dòng)的作用，目前廣泛采用的是以石墨為材料，在其上加工出引導(dǎo)氣體流動(dòng)的流場(chǎng)，基本流場(chǎng)形式有蛇形、平行、交指及網(wǎng)格狀等。

鉑基催化劑是目前性能最好的電極催化劑，為提高利用率，鉑以納米級(jí)顆粒形式高分散地?fù)?dān)載到導(dǎo)電、抗腐蝕的擔(dān)體上，目前廣泛采用的擔(dān)體為乙炔炭黑，比表面積約為250m2/g，平均粒徑為30nm。

PEMFC的氣體擴(kuò)散電極由兩層構(gòu)成，一層為起支撐作用的擴(kuò)散層，另一層為電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的場(chǎng)所催化層。擴(kuò)散層一般選用炭材如石墨化炭紙或炭布制備，應(yīng)具備高孔隙率和適宜的孔分布，不產(chǎn)生腐蝕或降解。根據(jù)制備工藝和厚度不同，催化層分為厚層憎水、薄層親水及超薄三種類型。

3.2測(cè)控系統(tǒng)

PEMFC的工作性能受多種因素（溫度、壓力等）的影響，為確保PEMFC正常運(yùn)行，提高其可靠性和有效性，就必須監(jiān)測(cè)各個(gè)影響因素。即運(yùn)用有效的措施來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)PEMFC運(yùn)行的關(guān)鍵或重要狀態(tài)，并對(duì)收集到的信息進(jìn)行必要的分析和處理，以便做到故障預(yù)測(cè)和及時(shí)診斷，為PEMFC管理系統(tǒng)提供依據(jù)。目前，進(jìn)行PEMFC測(cè)試系統(tǒng)相關(guān)方面研究的公司和機(jī)構(gòu)眾多，但仍沒有制定出有關(guān)PEMFC測(cè)試的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備，不過已有實(shí)用的測(cè)試系統(tǒng)投入使用。加拿大Hydrogenics公司的燃料電池測(cè)試站（FCATS）、美國(guó)Arbin公司的集成燃料電池測(cè)試系統(tǒng)（FCTS）是其中的突出代表。

4質(zhì)子交換膜燃料電池的應(yīng)用

質(zhì)子交換膜燃料電池是目前各種燃料電池中實(shí)用程度較高的一類。其優(yōu)越性不僅限于能量轉(zhuǎn)換效率高、工作溫度低，還體現(xiàn)在其可在較大的電流密度下工作，適宜于較頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合。因此世界各大汽車生產(chǎn)廠商一致看好其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用前景，PEMFC已成為現(xiàn)今燃料電池汽車動(dòng)力的主要發(fā)展方向。目前，通用、豐田等世界上知名的汽車公司，都在積極開發(fā)以PEMFC系統(tǒng)為動(dòng)力源的PEMFC電動(dòng)車，曾先后推出各種類型的樣車，并進(jìn)行PEMFC電動(dòng)車隊(duì)的示范運(yùn)行。PEMFC電動(dòng)車以其優(yōu)異的性能和環(huán)境污染很少等突出特點(diǎn)引起了人們的普遍關(guān)注，甚至被認(rèn)為將是21世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)汽車最為有力的競(jìng)爭(zhēng)者。

此外，在航空航天特別是無(wú)人飛行器領(lǐng)域，以及家庭電源、分散電站、移動(dòng)電子設(shè)備電源、水下機(jī)器人及潛艇不依賴空氣推進(jìn)電源等方面也有廣泛應(yīng)用前景。

5質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展趨勢(shì)

在關(guān)鍵部件方面，圍繞電解質(zhì)膜、催化劑及雙極板的研究方興未艾。全氟型磺酸膜價(jià)格昂貴，開發(fā)非全氟的廉價(jià)質(zhì)子交換膜是今后的研究方向。近年來(lái)，新型質(zhì)子交換膜的的研究熱點(diǎn)是開發(fā)能夠在100℃以上使用的高溫電解質(zhì)膜。在催化劑方面，研制高性能抗CO中毒電極催化劑是最緊迫的任務(wù)，此外，還要尋找非貴金屬氮化物或碳化物作為現(xiàn)有鉑催化劑的替代。目前廣泛使用的石墨板具有較好的耐腐蝕能力和較高的熱導(dǎo)率，但成本較高，加工難度大，強(qiáng)度、電導(dǎo)率和可回收性均不如金屬板。金屬板目前急需解決的問題是表面處理，以提高其耐腐蝕能力。復(fù)合材料雙極板則結(jié)合了純石墨板和金屬板的優(yōu)點(diǎn)，具有耐腐蝕、體積小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大及工藝性良好等特點(diǎn)，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

在電堆方面，今后的研究重點(diǎn)將是使電堆中的電池單元的性能接近于單電池的性能，這就需要對(duì)電堆的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，保證電堆中每一片電池單元的整個(gè)活性面積處于一致的操作環(huán)境，并優(yōu)化水、熱管理，改善電流密度分布的均勻性。

參考文獻(xiàn)

第3篇

Fuel Cell Micro-grids

2009

Hardback

ISBN 9781848003378

Shin’ya Obara著

燃料電池技術(shù)作為一種新型發(fā)電技術(shù)引起了越來(lái)越多人的關(guān)注,技術(shù)水平也得到了很大發(fā)展,本書介紹了由燃料電池及其它發(fā)電裝置構(gòu)成的分布式發(fā)電機(jī)組所組成的微電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù),作者Shin’ya Obara為日本苫小牧國(guó)家科技學(xué)院的教授,JSME,ASME,IEEE等多個(gè)學(xué)會(huì)成員,是《The Open Fuels and Energy Science Journal》,《Journal of Computational Science and Technology》,《International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems》,《Applied Mathematical Modeling》等多個(gè)雜志審稿人,出版著作17本,發(fā)表科技論文100多篇。

本書分為13章。1.考慮部分負(fù)荷及負(fù)荷波動(dòng)的小型燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)的組成與布置、能量平衡與目標(biāo)函數(shù)、能量輸出特性等內(nèi)容;2.燃料電池供能網(wǎng)絡(luò)最小成本優(yōu)化配置方案,介紹了系統(tǒng)方案、熱水管路系統(tǒng)釋放熱能的數(shù)量、能量平衡、成本計(jì)算與目標(biāo)函數(shù)、分析方法與案例研究、分析結(jié)果等內(nèi)容;3.分區(qū)協(xié)作管理模式引起的發(fā)電效率的提高,介紹了系統(tǒng)布置、微電網(wǎng)的發(fā)電效率、電力需求模型、分析方法并進(jìn)行了案例研究,對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了討論;4.采用負(fù)荷平衡及放熱損失方法考慮減小燃料電池容量的燃料電池供電系統(tǒng),介紹了負(fù)荷平衡和燃料電池的布置方案、分析方法并進(jìn)行了案例分析;5.柴油發(fā)電裝置與燃料電池混合互聯(lián)微電網(wǎng)的設(shè)備布置方案,介紹了微電網(wǎng)模型、混合互聯(lián)微電網(wǎng)模型、設(shè)備布置、混合互聯(lián)微電網(wǎng)運(yùn)行方法、柴油發(fā)電機(jī)特性與質(zhì)子交換膜型燃料電池特性、系統(tǒng)分析方法并進(jìn)行了案例研究;6.分布式燃料電池廢熱的有效利用分析法,介紹了熱水管路放熱的途徑與數(shù)量、熱能平、熱水管路系統(tǒng)放熱的數(shù)量、燃料電池發(fā)電與供熱特性、能量需求方式與燃料電池容量,并進(jìn)行了案例分析,對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了研究;7.寒冷地區(qū)獨(dú)立房間燃料電池的負(fù)荷相應(yīng)特性,介紹了系統(tǒng)布置、每部分裝置的時(shí)間常數(shù)、分析方法、分析結(jié)果與討論;8.可以控制裝置數(shù)量的燃料電池微電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)特性,介紹了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量、系統(tǒng)中各配置裝置的響應(yīng)特性、控制變量與分析方法、微電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)特性;9.質(zhì)子交換膜燃料電池與木質(zhì)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)混合微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性,介紹了系統(tǒng)方案、質(zhì)子交換膜燃料電池與斯特林發(fā)電機(jī)的控制響應(yīng)特性、該混合微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性分析結(jié)果;10.考慮到部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率TIGA的燃料電池與氫發(fā)動(dòng)機(jī)混合系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)方案、設(shè)備特性,該混合系統(tǒng)的電力與熱能輸出特性,案例分析與結(jié)果討論;11.氫氣化城市煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)與燃料電池混合微電網(wǎng)二氧化碳排放分析,介紹了系統(tǒng)方案、設(shè)備特性、案例分析與結(jié)果討論;12.帶太陽(yáng)能重整裝置的燃料電池系統(tǒng)的快速運(yùn)算法則的發(fā)展,介紹了系統(tǒng)方案、能量與質(zhì)量平衡、該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行預(yù)測(cè)、案例分析與結(jié)果討論;13.燃料電池與風(fēng)力發(fā)電機(jī)微電網(wǎng)的功率特性,介紹了微電網(wǎng)模型,系統(tǒng)布置設(shè)備的響應(yīng)特性,控制參數(shù)與分析方法,微電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)特性。

本書結(jié)構(gòu)清晰,表述深入淺出,理論分析之后都有相應(yīng)的案例分析,有利于對(duì)所述內(nèi)容的理解。該書既可以作為電力相關(guān)專業(yè)本科生或研究生的教科書,也可以作為相關(guān)領(lǐng)域研究人員的參考資料。

論立勇,博士生

(中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所)

第4篇

【論文摘要】:電能高效潔凈地生產(chǎn)、傳輸、儲(chǔ)存、分配和使用的技術(shù)將成為電力技術(shù)的重點(diǎn)領(lǐng)域。

“電力技術(shù)是通向可持續(xù)發(fā)展的橋梁”，這個(gè)論斷已經(jīng)逐漸成為人們的共識(shí)。研究表明，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡可能把一次能源轉(zhuǎn)換為電能使用，提高電力在終端能源中的比例。因?yàn)椋诒ＷC相同的能源服務(wù)水平的前提下,使用電力這種優(yōu)質(zhì)能源最清潔、方便，易于控制、效率最高。如果能將大量分散燃用的化石燃料都高效潔凈地轉(zhuǎn)換為電力使用，人們賴以生存的環(huán)境和生活質(zhì)量就會(huì)大大改善。因此，電能高效潔凈地生產(chǎn)、傳輸、儲(chǔ)存、分配和使用的技術(shù)將成為電力技術(shù)的重點(diǎn)領(lǐng)域。以下將對(duì)若干電力前沿技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)述。

1.分布式電源

當(dāng)今的分布式電源主要是指用液體或氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)(IC)、微型燃?xì)廨啓C(jī)（Microtur_bines）和各種工程用的燃料電池（FuelCell）。因其具有良好的環(huán)保性能，分布式電源與“小機(jī)組”已不是同一概念。

1.1微型燃?xì)廨啓C(jī)

微型燃?xì)廨啓C(jī)（MicroTurbine）,是功率為幾千瓦至幾十千瓦，轉(zhuǎn)速為96000r/min，以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃?xì)廨啓C(jī)，工作溫度500℃，其發(fā)電效率可達(dá)30%。目前國(guó)外已進(jìn)入示范階段。其技術(shù)關(guān)鍵是高速軸承、高溫材料、部件加工等。可見，電工技術(shù)的突破常常取決于材料科學(xué)的進(jìn)步。

1.2燃料電池

燃料電池是直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。它是一種很有發(fā)展前途的潔凈和高效的發(fā)電方式，被稱為21世紀(jì)的分布式電源。

1.2.1燃料電池的工作原理

燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽(yáng)極(電源的負(fù)極)轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x子，空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極)，負(fù)氧離子通過2極間離子導(dǎo)電的電解質(zhì)到達(dá)陽(yáng)極與氫離子結(jié)合成水，外電路則形成電流。

通常，完整的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電池堆、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力電子換流器、保護(hù)與控制及儀表系統(tǒng)組成。其中，電池堆是核心。低溫燃料電池還應(yīng)配備燃料改質(zhì)器（又稱為燃料重整器）。高溫燃料電池具有內(nèi)重整功能，無(wú)須配備重整器。磷酸型燃料電池（PAFC）是目前技術(shù)成熟、已商業(yè)化的燃料電池。現(xiàn)在已能生產(chǎn)大容量加壓型11MW的設(shè)備及便攜式250kW等各種設(shè)備。第2代燃料電池的溶融碳酸鹽電池（MCFC），工作在高溫（600～700℃）下，重整反應(yīng)可以在內(nèi)部進(jìn)行，可用于規(guī)模發(fā)電，現(xiàn)在正在進(jìn)行兆瓦級(jí)的驗(yàn)證試驗(yàn)。固體電解質(zhì)燃料電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池。由于電解質(zhì)是氧化鋯等固體電解質(zhì)，未來(lái)可用于煤基燃料發(fā)電。質(zhì)子交換膜燃料電池是最有希望的電動(dòng)車電源。

1.2.2性能和特點(diǎn)

燃料電池有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有很高的效率，以氫為燃料的燃料電池，理論發(fā)電效率可達(dá)100%。熔融碳酸鹽燃料電池，實(shí)際效率可達(dá)58.4%。通過熱電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)綜合利用熱能，燃料電池的綜合熱效率可望達(dá)到80%以上。燃料電池發(fā)電效率與規(guī)模基本無(wú)關(guān)，小型設(shè)備也能得到高效率。（2）處于熱備用狀態(tài)，燃料電池跟隨負(fù)荷變化的能力非常強(qiáng)，可以在1s內(nèi)跟隨50%的負(fù)荷變化。(3)噪音低；可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際上的零排放；省水。（4）安裝周期短，安裝位置靈活，可省去新建輸配電系統(tǒng)。

目前燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的障礙是造價(jià)高，在經(jīng)濟(jì)性上要與常規(guī)發(fā)電方式競(jìng)爭(zhēng)尚需時(shí)日。

1.2.3技術(shù)關(guān)鍵和研究課題

燃料電池的技術(shù)關(guān)鍵涉及電池性能、壽命、大型化、價(jià)格等與商業(yè)化有關(guān)的項(xiàng)目，主要涉及新的電解質(zhì)材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條件下液體電解質(zhì)的損失和腐蝕滲漏降低了電池的壽命，使MCFC的大型化及實(shí)用化受到限制。需要解決電池構(gòu)成材料的腐蝕；電極細(xì)孔構(gòu)造變化使電池性能下降等問題。固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體電解質(zhì)且工作溫度很高,對(duì)構(gòu)成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學(xué)性穩(wěn)定和致密性（不通過氣體）的電解質(zhì)，在氧化鋯中加入Y2O3生成釔穩(wěn)定氧化鋯。為了降低工作溫度，應(yīng)盡可能減少電解質(zhì)薄膜厚度。通常采用熔射法、燒結(jié)法和電化學(xué)蒸發(fā)涂層法制備電解質(zhì)薄膜。實(shí)用的電解質(zhì)膜的厚度為0.03～0.05mm。比較先進(jìn)的已達(dá)到0.01mm。這樣薄的電解質(zhì)陶瓷材料除應(yīng)當(dāng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度外，必須具有高度的氣體致密性，否則將喪失燃料電池的性能。燃料極使用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷，鎳還用作燃料重整的催化劑，空氣極在運(yùn)行中處在高溫氧化中，難以使用一般金屬。鉑的穩(wěn)定性好，但費(fèi)用昂貴，需要尋找替代材料，可用電子導(dǎo)電陶瓷。為了降低工作溫度，另外一個(gè)重要的研究方向是尋找低溫的質(zhì)子導(dǎo)電的電解質(zhì)。工作溫度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造價(jià)就可以大幅度降低。

2.大功率電力電子技術(shù)的應(yīng)用硅片引起的“第

2.1大功率電力電子器件的重大進(jìn)展

電力電子學(xué)（PowerElectronics）的應(yīng)用已經(jīng)有多年的歷史。電力電子學(xué)器件用于電力拖動(dòng)、變頻調(diào)速、大功率換流已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。大功率電子器件（HighPowerElectronics）的快速發(fā)展也引起了電力系統(tǒng)的重大變革，通常稱為硅片引起的第。

近年來(lái)，大功率電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力的一次系統(tǒng)。可控硅（晶閘管）用于高壓直流輸電已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。大功率電子器件應(yīng)用于靈活的交流輸電（FACTS）、定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPower）以及新一代直流輸電技術(shù)則是近10年的事。新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應(yīng)用，將成為電力研究前沿。

2.2靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)

靈活交流輸電技術(shù)是指電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。超級(jí)秘書網(wǎng)

傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)電力潮流的措施，如機(jī)械控制的移相器、帶負(fù)荷調(diào)變壓器抽頭、開關(guān)投切電容和電感、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置等，只能實(shí)現(xiàn)部分穩(wěn)態(tài)潮流的調(diào)節(jié)功能，而且，由于機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)、響應(yīng)慢，無(wú)法適應(yīng)在暫態(tài)過程中快速靈活連續(xù)調(diào)節(jié)電力潮流、阻尼系統(tǒng)振蕩的要求。因此，電網(wǎng)發(fā)展的需求促進(jìn)了靈活交流輸電這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

第5篇

【關(guān)鍵詞】燃料電池;原理;分類;應(yīng)用

0.引言

時(shí)至今日，世界經(jīng)濟(jì)大體上仍然是化石燃料依賴型的，石油、煤和天然氣占世界初級(jí)能源消費(fèi)總量的85％左右，剩下的部分主要是水電和核電，真正的可再生清潔能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能等所占比例不到3％。世界能源需求仍在以1.5％～2％的年率增長(zhǎng)，而地質(zhì)學(xué)家預(yù)測(cè)說(shuō)，石油和天然氣價(jià)格將大幅度上升，再也不會(huì)回落。

燃料電池的出現(xiàn)與發(fā)展，給便攜式電子設(shè)備帶來(lái)一場(chǎng)深刻的革命，并且還會(huì)波及到汽車業(yè)，住宅，以及社會(huì)各方面的集中供電系統(tǒng)。在21世紀(jì)中它將會(huì)把人類由集中供電帶進(jìn)一種分散供電的新時(shí)代。燃料電池供電，沒有二氧化碳的排放，可減輕溫室效應(yīng)使全球氣候變暖問題，它解決了火力發(fā)電使全球環(huán)境污染的問題，它是一個(gè)純正的綠色清潔能源。

1.燃料電池的原理

1.1 燃料電池的組成和工作原理

燃料電池的基本組成：陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和外電路。燃料電池中的電解質(zhì)有不同的種類。燃料電池是靠氫氧結(jié)合成水的反應(yīng)來(lái)發(fā)電的，因而不會(huì)產(chǎn)生氮氧化物（NOX）和碳?xì)浠衔铮℉C）等易對(duì)空氣造成污染的物質(zhì)。它由三部分組成：陰極、陽(yáng)極和電解液。

燃料電池有著幾個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)：

（1）燃料電池在工作時(shí)必須有能量（燃料）輸入，才能產(chǎn)出電能。

（2）燃料電池所能夠產(chǎn)生的電能只和燃料的供應(yīng)有關(guān)，只要供給燃料就可以產(chǎn)生電能，其放電是連續(xù)進(jìn)行的。

（3）燃料電池本體的質(zhì)量和體積并不大，但需要一套燃料儲(chǔ)存裝置或燃料轉(zhuǎn)換裝置和附屬設(shè)備才能獲得氫氣，而這些燃料儲(chǔ)存裝置或燃料轉(zhuǎn)換裝置和附屬設(shè)備的質(zhì)量和體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過燃料電池本身。

1.2 燃料電池中的催化作用

燃料電池中的電催化作用是用來(lái)加速燃料電池化學(xué)反應(yīng)中電荷轉(zhuǎn)移的一種作用，一般發(fā)生在電極與電解質(zhì)的分界面上。 催化劑是一類可產(chǎn)生電催化作用的物質(zhì)。電催化劑可以分別用于催化陽(yáng)極和陰極反應(yīng)。這種分離的催化特征，使得人們可以更好地優(yōu)選不同的催化劑。

評(píng)價(jià)催化劑的主要技術(shù)指標(biāo)為穩(wěn)定性、電催化活性、電導(dǎo)率和經(jīng)濟(jì)性。

2.燃料電池的特點(diǎn)

由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因此，它沒有像通常的火力發(fā)電機(jī)那樣通過鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量形態(tài)變化，可以避免中間的轉(zhuǎn)換的損失，達(dá)到很高的發(fā)電效率。同時(shí)還有以下一些特點(diǎn)：

不管是滿負(fù)荷還是部分負(fù)荷均能保持高發(fā)電效率；不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率； 具有很強(qiáng)的過負(fù)載能力； 通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛；用天然氣和煤氣等為燃料時(shí)，NOX及SOX等排出量少，環(huán)境相容性優(yōu)。

此外，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高，不受卡諾效率限制；清潔、環(huán)保。燃料電池不需要鍋爐、汽輪機(jī)等大型設(shè)備、沒有SOx、NOx氣體和固體粉塵的排放；可靠性和操作性良好，噪聲低；所用燃料廣泛，占地面積小，建廠具有很大靈活性。

3.燃料電池的分類

燃料電池可依據(jù)其工作溫度、所用燃料的種類和電解質(zhì)類型進(jìn)行分類。按照工作溫度，燃料電池可分為高、中、低溫型三類。按燃料來(lái)源，燃料電池可分為直接式燃料電池(如直接甲醇燃料電池)，間接式燃料電池(如甲醇通過重整器產(chǎn)生氫氣，然后以氫氣為燃料電池的燃料)和再生類型進(jìn)行分類。依據(jù)電解質(zhì)的不同，可將燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MC

FC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等。

3.1直接甲醇燃料電池

直接甲醇燃料電池是以甲醇為燃料，通過與氧結(jié)合產(chǎn)生電流的，優(yōu)點(diǎn)是直接使用甲醇，省去了氫的生產(chǎn)與存儲(chǔ)。其電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程又可分為兩種方式，一種是直接燃料電池，另一種是間接燃料電池。直接燃料電池主要是甲醇在陽(yáng)極被電解為氫和二氧化碳，氫通過質(zhì)子膜到陰極與氧氣反應(yīng)并同時(shí)產(chǎn)生電流。間接燃料電池是先將甲醇進(jìn)行煉解或重整得到氫，然后再由氫和氧通過質(zhì)子膜電解槽反應(yīng)而獲得供給汽車動(dòng)力的電能。這種燃料電池以甲醇為能量來(lái)源，手機(jī)，筆記本電腦將不再用充電。

3.2固體氧化物燃料電池

固體氧化物燃料電池采用固體氧化物作為電解質(zhì)，除了高效，環(huán)境友好的特點(diǎn)外，它無(wú)材料腐蝕和電解液腐蝕等問題；在高的工作溫度下電池排出的高質(zhì)量余熱可以充分利用，使其綜合效率可由50%提高到70%以上； 它的燃料適用范圍廣，不僅能用H2，還可直接用CO、天然氣（甲烷）、煤汽化氣，碳?xì)浠衔铩H3、H2S等作燃料。這類電池最適合于分散和集中發(fā)電。

3.3堿性燃料電池

再生氫氧燃料電池將水電解技術(shù)(電能+2H2O2H2+O2)與氫氧燃料電池技術(shù)(2H2+O2H2O+電能)相結(jié)合 ,氫氧燃料電池的燃料 H2、氧化劑O2可通過水電解過程得以“再生”, 起到蓄能作用。可以用作空間站電源。采用氫氧化鉀溶液作為電解液。這種電解液效率很高（可達(dá)60-90％），但對(duì)影響純度的雜質(zhì)，如二氧化碳很敏感。因而運(yùn)行中需采用純態(tài)氫氣和氧氣。這一點(diǎn)限制了將其應(yīng)用于宇宙飛行及國(guó)際工程等領(lǐng)域。

3.4質(zhì)子交換膜燃料電池

燃料電池工程中心研究雙效催化劑和雙效氧電極的制備方法，研制薄層電極并制備膜電極三合一組件，降低電極鉑擔(dān)量。目前電極的鉑擔(dān)量已降至0.02mg/cm2。同時(shí)進(jìn)行固體電解質(zhì)的水電解技術(shù)開發(fā)，已掌握水電解用膜電極的制備技術(shù)。

3.5熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池（600～700℃），具有效率高（高于40%）、噪音低、無(wú)污染、燃料多樣化（氫氣、煤氣、天然氣和生物燃料等）、余熱利用價(jià)值高和電池構(gòu)造材料價(jià)廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，是下一世紀(jì)的綠色電站。

4.燃料電池的應(yīng)用

燃料電池技術(shù)因具備低污染、高能源轉(zhuǎn)換效率的特性，更能滿足人類高效、環(huán)保的需求。它具有更高的能源密度。緊急備用發(fā)電機(jī)、住宅用熱電共生系統(tǒng)、UPS、分布式發(fā)電系統(tǒng)、軍事國(guó)防、太空與運(yùn)輸工具領(lǐng)域、機(jī)器人、筆記型計(jì)算機(jī)、PDA、手機(jī)等便攜電子產(chǎn)品、便攜電源、搬運(yùn)工具、電動(dòng)輔助/代步車等。采用極薄的塑料薄膜作為其電解質(zhì)。這種電解質(zhì)具有高功率一重量比和低工作溫度。是適用于固定和移動(dòng)裝置的理想材料。

質(zhì)子交換膜燃料電池以磺酸型質(zhì)子交換膜為固體電解質(zhì),無(wú)電解質(zhì)腐蝕問題，能量轉(zhuǎn)換效率高，無(wú)污染，可室溫快速啟動(dòng)。質(zhì)子交換膜燃料電池在固定電站、電動(dòng)車、軍用特種電源、可移動(dòng)電源等方面都有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是電動(dòng)車的最佳驅(qū)動(dòng)電源。它已成功地用于載人的公共汽車和奔馳轎車上。

5.小結(jié)

高效、潔凈的燃料電池必將在未來(lái)的高效、清潔發(fā)電技術(shù)中占有一席之地。但是，資金、技術(shù)、觀念、基礎(chǔ)設(shè)施上還有許多需要克服的困難。油價(jià)飆升、電價(jià)太貴，燃料電池成為未來(lái)家庭能源供應(yīng)相對(duì)便宜的選擇，也是目前最令人滿意的解決方案。在固定電站、電動(dòng)車、軍用特種電源、可移動(dòng)電源等方面都有廣闊的應(yīng)用前景。　[科]

【參考文獻(xiàn)】

［1］石新軍.燃料電池的應(yīng)用和發(fā)展.現(xiàn)代物理知識(shí),2006,1.

第6篇

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；雙向DC-DC變換器；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.180

1 課題背景和意義

當(dāng)前技術(shù)條件下，電動(dòng)汽車使用的大功率直流變換器大都有功率損耗大，能量轉(zhuǎn)換率低等缺陷。且很多設(shè)計(jì)方案大都忽略燃料電池等電源軟輸出的特性。因此，設(shè)計(jì)出符合其特性條件的大功率直流變換器，不僅可以使燃料電池的輸出特性得到改善，還可以使燃料電池得到很好的保護(hù)，延長(zhǎng)其使用壽命。

雙向DC-DC變換器是電動(dòng)汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心組成部件，也是構(gòu)成能量雙向流動(dòng)、有效管理能量以及提高動(dòng)力性能的關(guān)節(jié)所在。

2 電動(dòng)汽車雙向直流傳動(dòng)系統(tǒng)

2.1 雙向DC-DC變換器的控制方式

電動(dòng)汽車的電機(jī)是經(jīng)典的有源型負(fù)載，因?yàn)橛休^寬的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，在行車時(shí)又要經(jīng)常的進(jìn)行加減速，而且在其工作中，蓄電池電壓的變化范圍非常大。若想在一定負(fù)載范圍內(nèi)使蓄電池組的電壓穩(wěn)定在一較高的值上，可使用DC/DC（Direct Current-Direct Current）變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還可以很大程度上提高電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能。

2.2 雙向DC-DC變換器的應(yīng)用特點(diǎn)

當(dāng)使用雙向DC-DC變換器來(lái)直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)電流紋波與加在輸入電壓的瞬時(shí)值和反電動(dòng)勢(shì)間的電壓差值成正比，則調(diào)節(jié)逆變器的直流側(cè)輸入電壓可通過雙向DC-DC變換器調(diào)控電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而減小其電流紋波。其次，蓄電池組或另加的大容量電容器可以通過雙向DC-DC變換器控制反向制動(dòng)電流來(lái)補(bǔ)充電能，而使電動(dòng)汽車的接車效率得以提高。

3 系統(tǒng)工作模式分析

雙向DC-DC變換器可使能量雙向流動(dòng)，需能量雙向流動(dòng)時(shí)能使系統(tǒng)的體重和成本大幅降低，在航空電源系統(tǒng)和電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)及蓄電池充放電維護(hù)等很多方面都得到了普遍的應(yīng)用。

3.1 燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)工作模式分析

雙半橋雙向變換器在隔離變壓器的兩側(cè)分別是一對(duì)稱半橋。兩半橋之間的移相控制變換器中的功率傳輸即可，不需額外的輔助開關(guān)或無(wú)源諧振裝置，其中所有的開關(guān)都可工作在零電壓開通狀態(tài)，且開關(guān)電壓應(yīng)力較低。此外電路中不存在大型延時(shí)器，變換器動(dòng)態(tài)響應(yīng)也很快，因此多用作燃料電池的輔助結(jié)構(gòu)。此變換器可使功率雙向流動(dòng)，與其優(yōu)勢(shì)在于：組件少；較大的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)不需要輔助器件和諧振電路；能很輕松地進(jìn)行控制；能輕易分配每一個(gè)輸入端的功率。

3.2 雙向DC-DC變換器工作模式分析

要求可通過雙向DC-DC變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)：在蓄電池開始工作給電時(shí)，系統(tǒng)中的雙向DC-DC變換器正向升壓，當(dāng)系統(tǒng)的輸入電壓出入不夠穩(wěn)定的情況時(shí)，可以把輸出主線的電壓處在一個(gè)高壓的狀態(tài)下，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)立即開啟能量電池，這樣就會(huì)使電動(dòng)機(jī)的工作性能得到非常大的提升，非常實(shí)用。反之，減速、剎車的時(shí)候，系統(tǒng)中的雙向DC-DC變換器反向降壓充電，把電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的附加能量回收給蓄電池組或電容補(bǔ)充消耗的電能。

將蓄電池、燃料電池（主電源裝置）有效地與負(fù)載結(jié)合起來(lái)，這并不是非常簡(jiǎn)單的事，需要有一種雙端口雙向DC-DC變換器，蓄電池和逆變器接口電路選用雙端口雙半橋DC-DC變換器。

以汽車行車的各種形態(tài)為基礎(chǔ)，采用蓄電池、燃料電池的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有三種不同的狀態(tài)模式：

模式1：開啟和加速的時(shí)候，負(fù)載的功率要求燃料電池和儲(chǔ)能電容等一起供電才可以，單獨(dú)靠燃料電池輸出是不行的；模式2：行車速度穩(wěn)定時(shí)，燃料電池在為牽引電機(jī)供電的基礎(chǔ)上，還要給蓄電池充電，使其達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，以免加速時(shí)不能有效的工作，有時(shí)還需要回收附加能量；模式3：減速的時(shí)候，電池不輸出電能功率，電動(dòng)機(jī)反向工作在發(fā)電的形態(tài)，蓄電池吸收附加能量進(jìn)行補(bǔ)充電能。

在模式1中，蓄電池放電，變換器升壓，向高壓側(cè)充入能量，使其上升保持在期望值；模式3 時(shí)，變換器減壓，回收制動(dòng)過程中的附加能量來(lái)補(bǔ)充電能；模式2里，變換器處在中間狀態(tài)。通過設(shè)計(jì)合理的變換器調(diào)控方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)附加能量的高效回收和功率的良好分配，調(diào)整電能流動(dòng)方向則以負(fù)載狀況的差異為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行，進(jìn)而明確變換器進(jìn)行的狀態(tài)。

4 雙半橋雙向DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4.1 主功率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

雙向DC-DC變換器也有正激式、反激式、推挽式、橋式、電流饋式及其它一些混合式的隔離型變換結(jié)構(gòu)。在DC-DC變換器中，由正反單管等構(gòu)成的電路多普遍應(yīng)用在功率不大的地方，半橋變換器多應(yīng)用于中、大功率中。隔離型的DC-DC變換器當(dāng)中，正激式的變壓器的磁化情況是單方向的，進(jìn)而降低了其利用率。

電壓電流應(yīng)力較小的半橋DC-DC變換器，其功率變壓器的磁化是雙方向的，則就大功率輸出方面實(shí)現(xiàn)起來(lái)也就容易許多。這類變換器有電壓型和電流型兩種。電壓型DC-DC全橋變換器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制，類似于Buck型；電感在輸入電源側(cè)的電流型則與Boost型相似，適用于功率因數(shù)校正的大功率電路。

4.2 控制方案

橋電路用了移相軟開關(guān)之后，可實(shí)現(xiàn)功率管的ZVS方案，保持開關(guān)頻率的穩(wěn)定持續(xù)。但在另一方面，諧振電感會(huì)丟掉副邊一定的占空比值，也會(huì)造成環(huán)流損耗。對(duì)于副邊占空比丟失，可用可飽和電感代替諧振電感；也可用降低諧振電感的方式來(lái)解決。而對(duì)于環(huán)流，可用零電壓零電流開關(guān)來(lái)處理解決，就是用左側(cè)負(fù)責(zé)零電壓開關(guān)，右側(cè)負(fù)責(zé)零電流開關(guān)，但若想阻斷變壓器圓邊電流的反向通路，需將阻斷二極管、阻斷電容器等串接到變換器主電路中。因?yàn)樵⒎鞘抢硐氲模儞Q器運(yùn)行過程中其會(huì)產(chǎn)生通態(tài)損耗，在輸入低電壓大電流時(shí)，經(jīng)濟(jì)成本非常大。綜合考慮后，決定方案為零電壓開關(guān)結(jié)合PWM加移相控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]R，瞿文龍，劉圓圓.一種隔離型雙向軟開關(guān)DC/DC變換器[J]，清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2006：46（10）：15-19.

第7篇

論文關(guān)鍵詞：新能源汽車，發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

 

一、新能源汽車定義及分類

根據(jù)我國(guó)《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》，新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車（包括太陽(yáng)能汽車）、燃料電池汽車、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源（如高效儲(chǔ)能器、二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品。

二、國(guó)際新能源汽車發(fā)展態(tài)勢(shì)分析

（一）發(fā)展環(huán)境分析

1．能源危機(jī)成為新能源汽車發(fā)展的動(dòng)力。石油資源的日益枯竭和石油價(jià)格的巨幅波動(dòng)，不僅對(duì)世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)造成了重要影響，更引起各國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的深刻變革：大排量、高油耗的汽車不再受到大多數(shù)消費(fèi)者的青睞，燃油節(jié)約型汽車逐漸成為汽車市場(chǎng)的主流。世界各國(guó)欲借發(fā)展新能源擺脫其對(duì)石油的依賴發(fā)展趨勢(shì)，逐步形成了新的世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式。

2．金融危機(jī)提供新能源汽車發(fā)展的機(jī)遇龍?jiān)雌诳Ｈ蚪鹑谖C(jī)的爆發(fā)給新能源汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了新的機(jī)遇。為了擺脫經(jīng)濟(jì)低谷，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，獲得市場(chǎng)[1]競(jìng)爭(zhēng)先機(jī)，并使自己在未來(lái)的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局中占據(jù)有利位置，發(fā)展新能源汽車成為世界各大汽車企業(yè)共同的戰(zhàn)略選擇。

3．環(huán)境污染呼喚新能源汽車時(shí)代的到來(lái)。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為城市的污染源之一。汽車尾氣主要成分是CO、HC、NOX和顆粒物等，在城市中心，交通排放的CO形成的污染物濃度占CO總濃度的90%～95%，HC和NOX占80%～90%，而這些排放物正是造成地球氣候變暖的重要原因之一。

4．技術(shù)變革促進(jìn)新能源汽車的研發(fā)和生產(chǎn)。除了常規(guī)的化石能源（煤、石油）以外，新能源與可再生能源（太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能等）的開發(fā)和利用比例逐漸提高，并由此產(chǎn)生了相應(yīng)的多種新技術(shù)。能源的多樣化發(fā)展給汽車新技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了無(wú)限可能，各類新能源汽車的研發(fā)和生產(chǎn)必然會(huì)將汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域延伸、拓展到更加廣泛的產(chǎn)業(yè)范疇。

（二）發(fā)展特點(diǎn)分析

新能源汽車在全球剛剛起步，代表著汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。混合動(dòng)力作為新型汽車能源動(dòng)力技術(shù)共性平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)，繼承了先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，結(jié)合了高效潔凈的電力驅(qū)動(dòng)方式，既充分利用現(xiàn)有燃料基礎(chǔ)設(shè)施，又能包容各種代用燃料，已成為新型動(dòng)力系統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)化的典型代表，開始大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，其中插電式混合動(dòng)力汽車越來(lái)越受到重視；純電動(dòng)汽車借助各種高新技術(shù)特別是新型動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步找到了新的發(fā)展機(jī)遇，開始進(jìn)入市場(chǎng)，并有快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)；燃料電池作為一種新興能量轉(zhuǎn)換裝置，盡管目前還存在很多需要克服的技術(shù)障礙，但其作為新一代汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的遠(yuǎn)期解決方案仍然被看好，各種資助和示范驗(yàn)證正在進(jìn)行，真正進(jìn)入市場(chǎng)將還有一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期；代用燃料汽車可以用天然氣、液化石油氣、生物柴油、合成燃料、醇類燃料、醚類等多種清潔替代能源，成為解決石油資源短缺的重要途徑。

（三）發(fā)展戰(zhàn)略比較

美國(guó)長(zhǎng)期側(cè)重降低石油依賴、確保能源安全的戰(zhàn)略發(fā)展趨勢(shì)，將發(fā)展新能源汽車作為交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)根本上擺脫石油依賴的重要措施，并以法律法規(guī)的形式確定其戰(zhàn)略定位。美國(guó)從20世紀(jì)80年代起在不同的階段提出了不同的車用能源發(fā)展戰(zhàn)略，克林頓時(shí)期以提高燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，混合動(dòng)力是其主要的技術(shù)解決方案；布什時(shí)期追求零排放和對(duì)石油的零依賴，氫燃料電池汽車是其主要的技術(shù)解決方案，后期還計(jì)劃用10年時(shí)間實(shí)現(xiàn)20%的石油替代和節(jié)約，主要措施是使用生物質(zhì)燃料；近期奧巴馬大力發(fā)展電動(dòng)汽車，實(shí)施了總額48億美金的動(dòng)力電池以及電動(dòng)汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，其中40億美金用于動(dòng)力電池的研發(fā)。

日本長(zhǎng)期堅(jiān)持確保能源安全、提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的雙重戰(zhàn)略，通過制訂國(guó)家目標(biāo)引導(dǎo)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)高度重視技術(shù)創(chuàng)新龍?jiān)雌诳Ｈ毡驹?006年“新國(guó)家能源戰(zhàn)略”中明確提出，通過改善和提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)、推進(jìn)生物質(zhì)燃料應(yīng)用、促進(jìn)電動(dòng)汽車應(yīng)用等途徑，到2030年交通領(lǐng)域?qū)κ偷囊蕾嚹軌蚪档?0%。重視生物燃料和燃料電池等技術(shù)開發(fā)，擬在2011年單年度生產(chǎn)生物燃料5萬(wàn)千升發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)劃在五年內(nèi)斥資2090億日元開發(fā)以天然氣為原料的液體合成燃料技術(shù)、車用電池，以及氫燃料電池科技。近期又將大力發(fā)展電動(dòng)汽車作為低碳革命的重要內(nèi)容，計(jì)劃到2020年以電動(dòng)汽車為主體的下一代汽車能夠達(dá)到1350萬(wàn)輛。日本的混合動(dòng)力汽車已形成產(chǎn)業(yè)化，豐田、本田、日產(chǎn)等日本廠商的混合動(dòng)力汽車不僅在國(guó)內(nèi)熱銷，在國(guó)際市場(chǎng)上也令其他國(guó)家廠商望其項(xiàng)背。

歐洲更加側(cè)重于溫室氣體減排戰(zhàn)略，將滿足日益嚴(yán)格的二氧化碳排放限制要求作為發(fā)展新能源汽車的主要驅(qū)動(dòng)力。歐洲新能源汽車發(fā)展的主要目標(biāo)在早期以生物質(zhì)燃料和天然氣為主，在本世紀(jì)初期提出到2020年實(shí)現(xiàn)23%的石油替代，主要是生物質(zhì)燃料、CNG以及氫燃料，但近期對(duì)于電動(dòng)汽車給予高度關(guān)注。歐洲在發(fā)展電動(dòng)汽車方面起步較晚，但是國(guó)家規(guī)劃非常細(xì)致、系統(tǒng)，從基礎(chǔ)研發(fā)做起，分階段從研發(fā)產(chǎn)業(yè)化、基礎(chǔ)設(shè)施方面給予統(tǒng)籌布局。2009年下半年德國(guó)的電動(dòng)汽車計(jì)劃以純電動(dòng)汽車為重點(diǎn)，分別提出了2015年、2020年的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化的發(fā)展目標(biāo)。

（四）產(chǎn)業(yè)政策分析

上世紀(jì)90年代以來(lái)，美日歐等國(guó)先后出臺(tái)了一系列法律、規(guī)劃、政策文件發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)了對(duì)形成本國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的有效支持，主要體現(xiàn)在以下幾方面：高度重視產(chǎn)業(yè)初創(chuàng)期的政策扶持；主要采用稅收和補(bǔ)貼等政策支持措施；稅收、補(bǔ)貼政策往往與油耗控制政策及尾氣排放控制政策相結(jié)合；注重加強(qiáng)對(duì)降低整車重量的政策引導(dǎo)。2008年國(guó)際金融危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，世界各國(guó)加強(qiáng)了對(duì)本國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的扶持力度，尤其是針對(duì)培育形成本國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)出臺(tái)了一系列扶持政策，關(guān)注點(diǎn)重在兩個(gè)方面：大力支持先進(jìn)電池等技術(shù)的研發(fā)和鼓勵(lì)購(gòu)買電動(dòng)汽車。

2009年1月，韓國(guó)頒布“新增長(zhǎng)動(dòng)力規(guī)劃及發(fā)展戰(zhàn)略”，將綠色技術(shù)、尖端產(chǎn)業(yè)融合、高附加值服務(wù)等三大領(lǐng)域共17項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)確定為新增長(zhǎng)動(dòng)力，在綠色運(yùn)輸系統(tǒng)方面，提出重點(diǎn)開發(fā)油電混合動(dòng)力汽車等自主核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件和材料國(guó)產(chǎn)化，2013年進(jìn)入綠色汽車世界4強(qiáng)。2009年9月，美國(guó)“美國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略：推動(dòng)可持續(xù)增長(zhǎng)和高質(zhì)量就業(yè)”，提出撥款20億美元，支持汽車電池技術(shù)等的研發(fā)和配件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)展趨勢(shì)，盡快生產(chǎn)出全球最輕便、最廉價(jià)和最大功效的汽車電池，使美國(guó)電動(dòng)汽車、生物燃料和先進(jìn)燃燒技術(shù)等站在世界前沿。

2009年4月1日，日本開始實(shí)施“綠色稅制”，免除消費(fèi)者在購(gòu)買純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、清潔柴油汽車時(shí)的多項(xiàng)稅收，還提出在2009年11月后的一年時(shí)間里再提供2300億日元左右的資金用于支持節(jié)能環(huán)保車型的補(bǔ)貼龍?jiān)雌诳?009年7月1日，美國(guó)政府提出了總額10億美元的“汽車折價(jià)退款機(jī)制”——以舊換新補(bǔ)貼政策，計(jì)劃為期一年；“美國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略：推動(dòng)可持續(xù)增長(zhǎng)和高質(zhì)量就業(yè)”提出，為鼓勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買電動(dòng)汽車，美國(guó)政府將提供總額高達(dá)7500億美元的稅收抵免。英國(guó)政府在2010年度預(yù)算案中提出“綠色復(fù)蘇”計(jì)劃，其核心是挑選2～3個(gè)城市作為僅適用電動(dòng)汽車的純綠色城市，重點(diǎn)推動(dòng)普及電動(dòng)汽車；在全國(guó)范圍內(nèi)建立一個(gè)充電網(wǎng)絡(luò)，保證電動(dòng)汽車能在路邊充電站及時(shí)充電；對(duì)放棄污染較高舊車、購(gòu)買清潔能源車的消費(fèi)者，提供每車2000英鎊的補(bǔ)貼。

（五）發(fā)展趨勢(shì)分析

在車用動(dòng)力電池領(lǐng)域，混合動(dòng)力和純電動(dòng)車用動(dòng)力電池負(fù)責(zé)儲(chǔ)存并為電動(dòng)機(jī)提供電能發(fā)展趨勢(shì)，其性能、成本和安全性很大程度上決定著混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的發(fā)展進(jìn)程。從當(dāng)前的技術(shù)水平以及發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，鎳氫電池是目前應(yīng)用最為廣泛的車用動(dòng)力電池，由于其技術(shù)成熟度和成本上的優(yōu)勢(shì)，在短期內(nèi)仍將是混合動(dòng)力汽車的首選動(dòng)力。鋰離子電池具有無(wú)記憶性、低自放電率、高比能量、高比功率、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景較好，一旦成本問題得到解決，將成為純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的主要?jiǎng)恿x擇。

在車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域，永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)靈活、設(shè)計(jì)自由度大、性能較好，適合成為電動(dòng)汽車高效、高密度、寬調(diào)速牽引驅(qū)動(dòng)，已經(jīng)在混合動(dòng)力轎車上進(jìn)行較多應(yīng)用，但是受永磁材料工藝影響和限制較大，而且控制系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)很高；開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)修理容易、可靠性好、轉(zhuǎn)速和效率高、調(diào)速范圍寬、控制靈活發(fā)展趨勢(shì)，如果其技術(shù)瓶頸（轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大、噪聲大、需要位置檢測(cè)器、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性較大等）得到突破，將更適合電動(dòng)汽車動(dòng)力性能要求，被視為最具潛力的電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

電子控制技術(shù)在新能源汽車中發(fā)揮著極其重要的作用，應(yīng)用在汽車的各個(gè)領(lǐng)域，包括動(dòng)力牽引系統(tǒng)控制、車輛行駛姿態(tài)控制、車身控制和信息傳送。隨著集成控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，汽車電子控制技術(shù)已明顯向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化三個(gè)主要方向發(fā)展。

三、國(guó)際新能源汽車發(fā)展經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)看，各國(guó)政府都制定和實(shí)施了系統(tǒng)的激勵(lì)性政策，在發(fā)展規(guī)劃、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)投入、消費(fèi)政策、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、道路交通管理等方面，都為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了寬松的環(huán)境。

1．發(fā)展規(guī)劃制定。美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐盟等根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所處階段的實(shí)際需要，制定分階段、分類別發(fā)展規(guī)劃，動(dòng)態(tài)調(diào)整新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策，使電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)順利實(shí)現(xiàn)由政府推動(dòng)過渡到市場(chǎng)推動(dòng)。

2．基礎(chǔ)研究資助。美國(guó)、日本、歐盟等地政府組織科研大攻關(guān)，協(xié)調(diào)全境范圍內(nèi)甚至全球范圍內(nèi)的政府機(jī)構(gòu)、科研單位、汽車和燃料廠商，對(duì)未來(lái)新能源汽車技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)研究發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)新能源汽車的示范運(yùn)行直接補(bǔ)貼龍?jiān)雌诳?/p>

3．財(cái)稅政策激勵(lì)。各國(guó)政府通過財(cái)稅政策降低消費(fèi)環(huán)節(jié)新能源汽車的購(gòu)車成本和使用成本，從經(jīng)濟(jì)上激勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買、使用新能源汽車，主要措施包括：購(gòu)置稅減免、返還以及直接補(bǔ)貼，許多歐盟國(guó)家基于燃油效率和環(huán)保性能制定車輛稅費(fèi)，針對(duì)消費(fèi)者購(gòu)置新型、清潔和高能效汽車給予稅收減免；征收燃油稅，歐盟實(shí)施高稅率燃油稅激勵(lì)消費(fèi)者選用節(jié)能環(huán)保的先進(jìn)柴油車。

4．技術(shù)法規(guī)限制。美國(guó)、日本、歐盟等普遍采用強(qiáng)制性技術(shù)法規(guī)限制燃油消耗和尾氣排放，并逐步提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促使汽車生產(chǎn)商加大研發(fā)投入，生產(chǎn)新能源汽車。各國(guó)和地區(qū)的法規(guī)主要有：美國(guó)的CAFE標(biāo)準(zhǔn)和Tier標(biāo)準(zhǔn)、日本燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)、歐洲自愿協(xié)議和歐盟尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

5．交通管理獎(jiǎng)罰。為鼓勵(lì)新能源汽車的發(fā)展，美國(guó)、日本、歐盟等地在交通管理措施中也有所體現(xiàn)，給予新能源汽車交通優(yōu)先和停車免費(fèi)等獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)高油耗、污染大的汽車采用懲罰性的措施。

參考文獻(xiàn)

[1]陳柳欽.新能源汽車國(guó)際路線觀察[J].決策，2010，(10).

[2]程廣宇.國(guó)外新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策分析及啟示[J].中國(guó)科技投資，2010，(5).

[3]張進(jìn)華.節(jié)能與新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略的國(guó)際比較[J].環(huán)境保護(hù)，2010，(18).

第8篇

[論文摘要]：通信電源是向通信設(shè)備提供交直流電的電能源，是整個(gè)通信電信網(wǎng)的能量保證。通信電源系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。通信電源系統(tǒng)的設(shè)備多，分布廣，不僅單個(gè)電源設(shè)備的可靠性會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性，電源系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)自身的可靠性造成很大的影響。

一、通信電源的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀

通信電源是通信系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷地向通信設(shè)備提供能源。通信電源必須具備智能監(jiān)控、無(wú)人值守和電池自動(dòng)管理等功能，從而滿足網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的需求。通信電源系統(tǒng)由交流配電、整流柜、直流配電和監(jiān)控模塊組成。

（二）通信電源設(shè)備的更新?lián)Q代

近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是功率器的更新?lián)Q代，新型電磁材料的不斷使用，功率變換技術(shù)的不斷改進(jìn)，控制方法的不斷進(jìn)步，以及相關(guān)學(xué)科的技術(shù)不斷融合，通信電源在系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，電磁兼容性，消除網(wǎng)側(cè)電流諧波、提高電能利用率、降低損耗、提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能等等方面都取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。

（三）現(xiàn)行通信電源的電路模型和控制技術(shù)

目前通信電源的變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要采用雙單端電路，半橋電路和全橋電路，各有優(yōu)缺點(diǎn)。一般認(rèn)為，在中、小功率場(chǎng)合，采用雙單端電路或半橋電路是適宜的；在大功率場(chǎng)合則采用全橋變換電路。

二、通信電源發(fā)展趨勢(shì)

（一）開關(guān)器件的發(fā)展趨勢(shì)

電源技術(shù)的精髓是電能變換，即利用電能變化技術(shù)將市電或電池等一次電源變換成適用于各種用電對(duì)象的二次電源。其中，開關(guān)電源在電源技術(shù)中占有重要地位，從10kHz發(fā)展到高穩(wěn)定度、大容量、小體積、開關(guān)頻率達(dá)到兆赫茲級(jí)，開關(guān)電源的發(fā)展為高頻變化提供了硬件基礎(chǔ)，促進(jìn)了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。

（二）通信直流電源產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展市場(chǎng)需求發(fā)展

在需求與技術(shù)的共同推動(dòng)下，通信直流電源產(chǎn)品體現(xiàn)了如下的發(fā)展態(tài)勢(shì)：

體系架構(gòu)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定。通信直流電源在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)還是維持現(xiàn)有的交流配電、整流器模塊(并聯(lián))、直流配電、監(jiān)控單元、蓄電池等為主要組成部分的架構(gòu)；功率變換模式也將維持現(xiàn)有的高頻開關(guān)模式，暫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)類似從線性電源到開關(guān)電源的階躍性的變化。

功率密度不斷提高。通信一次電源的核心部件整流器的功率密度不斷提高，推動(dòng)了通信直流電源整機(jī)的功率密度不斷提高，但配電器件、蓄電池等密度基本維持穩(wěn)定，一定程度制約了整機(jī)系統(tǒng)的功率密度的提高比率。

更高的可靠性。高可靠性是通信電源的最基本要求。隨著器件技術(shù)、通信電源技術(shù)的成熟，以及各通信直流電源設(shè)備廠家在可靠性研究上大力投入，通信直流電源產(chǎn)品可靠性呈不斷提高的趨勢(shì)。

按照TRIZ理論(“創(chuàng)造性解決問題的理論”的俄語(yǔ)縮略語(yǔ))描述的技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)化規(guī)律，一般而言，技術(shù)的生命周期包含四個(gè)階段：嬰兒期、成長(zhǎng)期、成熟期和衰退期，種種跡象表明，通信直流電源的核心技術(shù)，開關(guān)電源技術(shù)基本上開始步入成熟期：效率的提升變得緩慢和困難、而電源損耗不能大幅度降低限制了功率密度的進(jìn)一步提高，未來(lái)幾年甚至十幾年內(nèi)，通信直流電源產(chǎn)品將進(jìn)入一個(gè)緩慢發(fā)展的階段，直至有一天，一種新的電源變換技術(shù)出現(xiàn)，通信直流電源產(chǎn)品就會(huì)再出現(xiàn)一個(gè)階躍性的發(fā)展，就像開關(guān)穩(wěn)壓技術(shù)替代線性穩(wěn)壓技術(shù)，給電源帶來(lái)了革命性的變化。

（三）通信用蓄電池技術(shù)研究的新進(jìn)展

通信用蓄電池作為通信系統(tǒng)后備的能源供應(yīng)手段，其研制、生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)一直備受世界各國(guó)通信行業(yè)的重視。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)外正在研制和試驗(yàn)新一代的通信用蓄電池，有的已經(jīng)進(jìn)入商用化階段。這些新的蓄電池，由于其材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的先進(jìn)性，在性能上具有傳統(tǒng)的VRLA電池?zé)o可比擬的優(yōu)越性。

1．釩電池（VanadiumRedoxBattery）。釩電池（VRB）是一種電解值可以流動(dòng)的電池，目前正在逐步進(jìn)入商用化階段。

2．燃料電池。燃料電池是一種化學(xué)電池，也是一種新型的發(fā)電裝置，它所需的化學(xué)原料由外部供給，如氫氧燃料電池，只要外部供給氫和氧，經(jīng)過內(nèi)部電極、催化劑和堿性電解液的作用，就能產(chǎn)生0.9V電壓的直流電能，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能.

3．電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，通信系統(tǒng)從以前的單機(jī)或小局域系統(tǒng)逐漸發(fā)展至大局域網(wǎng)系統(tǒng)或廣域網(wǎng)系統(tǒng)，大量人力、物力被投入到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和維護(hù)工作上。不過通信設(shè)施所處環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，人煙稀少、交通不便都會(huì)增大維護(hù)的難度，這對(duì)電源設(shè)備的監(jiān)控管理提出了新的需求，保護(hù)通信互聯(lián)網(wǎng)終端的電源設(shè)備必須具備數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信能力。此時(shí)，數(shù)字化技術(shù)就表現(xiàn)出了傳統(tǒng)模擬技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展逐步表現(xiàn)出傳統(tǒng)模擬技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì).

4．通信電源的環(huán)保要求。環(huán)保問題，一方面的指標(biāo)是通信電源的電流諧波要符合要求，降低電源的輸入諧波，不但可以改善電源對(duì)電網(wǎng)的負(fù)載特性，減少給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重污染的情況，還可減少對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。另一個(gè)重要方面，是材料的可循環(huán)利用和環(huán)境的無(wú)污染，這方面需要產(chǎn)品滿足WEEE/ROHS指令。

在通信電源開發(fā)、生產(chǎn)早期，人們主要集中研究電源的輸出特性，較少考慮到電源的輸入特性。例如：傳統(tǒng)的在線式電源輸入AC/DC部分通常采用橋式整流濾波電路，其輸入電流呈脈沖狀，導(dǎo)通角約為π/3，波峰因數(shù)大于純電阻負(fù)載的1.4倍。這些諧波電流大的電源給電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，使電網(wǎng)波形失真，實(shí)際負(fù)荷能力降低，對(duì)于三相四線制的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，還很有可能因中性線電流過大而出現(xiàn)不安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱雄世，《通信電源的現(xiàn)狀與展望》.

[2]《淺析全球通信電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》.

[3]《通信直流電源發(fā)展趨勢(shì)》.

[4]孫向陽(yáng)、張樹治，《國(guó)外通信用蓄電池技術(shù)研究的新進(jìn)展》.

[5]《通信電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及標(biāo)準(zhǔn)研究方向》.

[6]曾瑛，《淺談通信電源》.

[7]王改娥、李克民，《談我國(guó)通信電源的發(fā)展方向》.

[8]王改娥、李克民，《我國(guó)通信電源的發(fā)展回顧與展望》.

[9]侯福平，《UPS系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)中使用的特點(diǎn)及要求》.

[10]《全球通信電源技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)五大趨勢(shì)》.

第9篇

    [論文摘要]:通信電源是向通信設(shè)備提供交直流電的電能源,是整個(gè)通信電信網(wǎng)的能量保證。通信電源系統(tǒng)由交流供電系統(tǒng)、直流供電系統(tǒng)和相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。通信電源系統(tǒng)的設(shè)備多,分布廣,不僅單個(gè)電源設(shè)備的可靠性會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性,電源系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)自身的可靠性造成很大的影響。

    一、通信電源的發(fā)展現(xiàn)狀

    (一)供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀

    通信電源是通信系統(tǒng)必不可少的重要組成部分,其設(shè)計(jì)目標(biāo)是安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷地向通信設(shè)備提供能源。通信電源必須具備智能監(jiān)控、無(wú)人值守和電池自動(dòng)管理等功能,從而滿足網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的需求。通信電源系統(tǒng)由交流配電、整流柜、直流配電和監(jiān)控模塊組成。

    (二)通信電源設(shè)備的更新?lián)Q代

    近年來(lái),隨著技術(shù)的進(jìn)步,特別是功率器的更新?lián)Q代,新型電磁材料的不斷使用,功率變換技術(shù)的不斷改進(jìn),控制方法的不斷進(jìn)步,以及相關(guān)學(xué)科的技術(shù)不斷融合,通信電源在系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性,電磁兼容性,消除網(wǎng)側(cè)電流諧波、提高電能利用率、降低損耗、提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能等等方面都取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。

    (三)現(xiàn)行通信電源的電路模型和控制技術(shù)

    目前通信電源的變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要采用雙單端電路,半橋電路和全橋電路,各有優(yōu)缺點(diǎn)。一般認(rèn)為,在中、小功率場(chǎng)合,采用雙單端電路或半橋電路是適宜的;在大功率場(chǎng)合則采用全橋變換電路。

    二、通信電源發(fā)展趨勢(shì)

    (一)開關(guān)器件的發(fā)展趨勢(shì)

    電源技術(shù)的精髓是電能變換,即利用電能變化技術(shù)將市電或電池等一次電源變換成適用于各種用電對(duì)象的二次電源。其中,開關(guān)電源在電源技術(shù)中占有重要地位,從10kHz發(fā)展到高穩(wěn)定度、大容量、小體積、開關(guān)頻率達(dá)到兆赫茲級(jí),開關(guān)電源的發(fā)展為高頻變化提供了硬件基礎(chǔ),促進(jìn)了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。

    (二)通信直流電源產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展市場(chǎng)需求發(fā)展

    在需求與技術(shù)的共同推動(dòng)下,通信直流電源產(chǎn)品體現(xiàn)了如下的發(fā)展態(tài)勢(shì):

    體系架構(gòu)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定。通信直流電源在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)還是維持現(xiàn)有的交流配電、整流器模塊(并聯(lián))、直流配電、監(jiān)控單元、蓄電池等為主要組成部分的架構(gòu);功率變換模式也將維持現(xiàn)有的高頻開關(guān)模式,暫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)類似從線性電源到開關(guān)電源的階躍性的變化。

    功率密度不斷提高。通信一次電源的核心部件整流器的功率密度不斷提高,推動(dòng)了通信直流電源整機(jī)的功率密度不斷提高,但配電器件、蓄電池等密度基本維持穩(wěn)定,一定程度制約了整機(jī)系統(tǒng)的功率密度的提高比率。

    更高的可靠性。高可靠性是通信電源的最基本要求。隨著器件技術(shù)、通信電源技術(shù)的成熟,以及各通信直流電源設(shè)備廠家在可靠性研究上大力投入,通信直流電源產(chǎn)品可靠性呈不斷提高的趨勢(shì)。

    按照TRIZ理論(“創(chuàng)造性解決問題的理論”的俄語(yǔ)縮略語(yǔ))描述的技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)化規(guī)律,一般而言,技術(shù)的生命周期包含四個(gè)階段:嬰兒期、成長(zhǎng)期、成熟期和衰退期,種種跡象表明,通信直流電源的核心技術(shù),開關(guān)電源技術(shù)基本上開始步入成熟期:效率的提升變得緩慢和困難、而電源損耗不能大幅度降低限制了功率密度的進(jìn)一步提高,未來(lái)幾年甚至十幾年內(nèi),通信直流電源產(chǎn)品將進(jìn)入一個(gè)緩慢發(fā)展的階段,直至有一天,一種新的電源變換技術(shù)出現(xiàn),通信直流電源產(chǎn)品就會(huì)再出現(xiàn)一個(gè)階躍性的發(fā)展,就像開關(guān)穩(wěn)壓技術(shù)替代線性穩(wěn)壓技術(shù),給電源帶來(lái)了革命性的變化。

    (三)通信用蓄電池技術(shù)研究的新進(jìn)展

    通信用蓄電池作為通信系統(tǒng)后備的能源供應(yīng)手段,其研制、生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)一直備受世界各國(guó)通信行業(yè)的重視。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步,國(guó)外正在研制和試驗(yàn)新一代的通信用蓄電池,有的已經(jīng)進(jìn)入商用化階段。這些新的蓄電池,由于其材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的先進(jìn)性,在性能上具有傳統(tǒng)的VRLA電池?zé)o可比擬的優(yōu)越性。

    1.釩電池(Vanadium Redox Battery)。釩電池(VRB)是一種電解值可以流動(dòng)的電池,目前正在逐步進(jìn)入商用化階段。

    2.燃料電池。燃料電池是一種化學(xué)電池,也是一種新型的發(fā)電裝置,它所需的化學(xué)原料由外部供給,如氫氧燃料電池,只要外部供給氫和氧,經(jīng)過內(nèi)部電極、催化劑和堿性電解液的作用,就能產(chǎn)生0.9V電壓的直流電能,同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能.

    3.電源監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展,通信系統(tǒng)從以前的單機(jī)或小局域系統(tǒng)逐漸發(fā)展至大局域網(wǎng)系統(tǒng)或廣域網(wǎng)系統(tǒng),大量人力、物力被投入到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和維護(hù)工作上。不過通信設(shè)施所處環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜,人煙稀少、交通不便都會(huì)增大維護(hù)的難度,這對(duì)電源設(shè)備的監(jiān)控管理提出了新的需求,保護(hù)通信互聯(lián)網(wǎng)終端的電源設(shè)備必須具備數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信能力。此時(shí),數(shù)字化技術(shù)就表現(xiàn)出了傳統(tǒng)模擬技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì),數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展逐步表現(xiàn)出傳統(tǒng)模擬技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì).

    4.通信電源的環(huán)保要求。環(huán)保問題,一方面的指標(biāo)是通信電源的電流諧波要符合要求,降低電源的輸入諧波,不但可以改善電源對(duì)電網(wǎng)的負(fù)載特性,減少給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重污染的情況,還可減少對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。另一個(gè)重要方面,是材料的可循環(huán)利用和環(huán)境的無(wú)污染,這方面需要產(chǎn)品滿足WEEE/ROHS指令。

    在通信電源開發(fā)、生產(chǎn)早期,人們主要集中研究電源的輸出特性,較少考慮到電源的輸入特性。例如:傳統(tǒng)的在線式電源輸入AC/DC部分通常采用橋式整流濾波電路,其輸入電流呈脈沖狀,導(dǎo)通角約為π/3,波峰因數(shù)大于純電阻負(fù)載的1.4倍。這些諧波電流大的電源給電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的污染,使電網(wǎng)波形失真,實(shí)際負(fù)荷能力降低,對(duì)于三相四線制的電網(wǎng)來(lái)說(shuō),還很有可能因中性線電流過大而出現(xiàn)不安全隱患。

    參考文獻(xiàn):

    [1]朱雄世,《通信電源的現(xiàn)狀與展望》.

    [2]《淺析全球通信電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》.

    [3]《通信直流電源發(fā)展趨勢(shì)》.

    [4]孫向陽(yáng)、張樹治,《國(guó)外通信用蓄電池技術(shù)研究的新進(jìn)展》.

    [5]《通信電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及標(biāo)準(zhǔn)研究方向》.

    [6]曾瑛,《淺談通信電源》.

    [7]王改娥、李克民,《談我國(guó)通信電源的發(fā)展方向》.

    [8]王改娥、李克民,《我國(guó)通信電源的發(fā)展回顧與展望》.

    [9]侯福平,《UPS系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)中使用的特點(diǎn)及要求》.

    [10]《全球通信電源技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)五大趨勢(shì)》.