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解構“自適應系統(tǒng)”在燃料動力電池中的應用

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月17日  

目前,中國正在運行的諸多燃料電池動力系統(tǒng),并沒有對提供車輛動力的所有組件進行真正管理。所以,幾乎所有應用燃料電池的廠家都遇到同樣的問題:


1)動力系統(tǒng)無法精確地監(jiān)控和調節(jié)燃料電池的實時行為;


2)廠家無法精準調配電堆及鋰電的綜合輸出,過度依賴鋰電針對上述問題,英飛騰提出的解決方案是:應用自適應系統(tǒng)到動力系統(tǒng)中,從而實現(xiàn)對動力系統(tǒng)的真正管理。本文來解構一下自適應系統(tǒng)為何能實現(xiàn)上述管理的。


所謂自適應一般是指系統(tǒng)按照環(huán)境的變化調整其自身使得其行為在新的或者已經(jīng)改變了的環(huán)境下達到最好或者至少是容許的特性和功能。這種對環(huán)境變化具有適應能力的控制系統(tǒng)稱為自適應控制系統(tǒng)。


簡單來說,自適應控制系統(tǒng)可以定義為在沒有人的干預下,隨著運行環(huán)境改變而自動調節(jié)自身控制參數(shù),以達到最優(yōu)控制的系統(tǒng)。


軟件建模、傳感器融合、輸入輸出的控制等等都是自適應系統(tǒng)的關鍵。在這些技術基礎上,英飛騰首創(chuàng)飛行記錄儀,并進一步開發(fā)了氫動力平臺。并為了燃料電池開發(fā)了車用高功率轉換器。叉車用燃料電池則是其成熟產品。小編沿著這個技術思路,一步步解構。


首先簡要解釋一下燃料電池的動力系統(tǒng)。對于燃料電池汽車來說,用動力控制系統(tǒng)來管理所有的組件和系統(tǒng),是非常復雜的。而目前,中國正在運行的許多燃料電池動力系統(tǒng),并沒有真正管理、控制或調節(jié)提供車輛動力的所有組件,包括蓄電池系統(tǒng)。


在大多數(shù)情況下,動力系統(tǒng)無法精確地監(jiān)控和調節(jié)燃料電池的實時行為,從而無法實現(xiàn)經(jīng)濟地、可靠地分配功率。


聽起來很簡單,可是當將這一技術應用在燃料電池系統(tǒng)中時,人們發(fā)現(xiàn):太復雜了hellip


上頁右圖展示的是燃料電池的工作原理:氫氣、氧氣進到電堆里,發(fā)生電化學反應,產生電和水。


上文提到的復雜性就是因為燃料電池的性能受到環(huán)境因素的影響極大,而這些環(huán)境因素在車輛行駛的過程中是動態(tài)的、持續(xù)變化的。


這種不斷變化的環(huán)境需要的不僅僅是基本的控制系統(tǒng),該系統(tǒng)也通常定義了各個組件的連接。這就是燃料電池的自適應系統(tǒng)。


Mr.LYNCH用自動駕駛的例子來解釋燃料電池的自適應系統(tǒng)。如上圖,自動駕駛對自適應控制有明顯的要求。在車輛行駛過程中,車內乘客是可以體會到外部環(huán)境的變化的。傳感器、特種和攝像頭向核心智能傳感器處理中樞提供必要的輸入,從而為每種情況做出決策,并為子系統(tǒng)和組件(如制動、加速和轉向)提供輸出控制。這和燃料電池內部是非常相像的。另外,重要的一點是:系統(tǒng)驅動的里程數(shù)越多,它就越智能。


就像車輛外部不斷變化的環(huán)境一樣,燃料電池也面臨著車輛內部的動態(tài)變化。


燃料電池自適應系統(tǒng)的設計對技術團隊的要求非常高,一個優(yōu)異的設計,需要眾多因素和核心競爭力。燃料電池需要空氣、氫氣、熱管理系統(tǒng)和電控系統(tǒng)??刂七@些子系統(tǒng)以及功率轉換所需要的技能遠遠不是一兩個人就能掌握的。


能夠設計出燃料電池自適應系統(tǒng)的團隊,一定要了解車輛及其對車輛的需求,這對控制的影響非常深遠。


軟件建模對于傳感器處理和智能決策是非常關鍵的。這可以延長部件壽命并實現(xiàn)氫燃料的高效利用。


傳感器融合技術需要對所有動力子系統(tǒng)有敏銳的了解。在許多情況下,需要加入傳感器融合技術來控制并幫助解決問題。


這里說的時間是恰當設計所需要的時間、軟件編碼和建模的時間、在客戶車輛上的運行時間以及實際使用中捕獲數(shù)據(jù)的時間。如果你的控制系統(tǒng)還不是按照自適應系統(tǒng)的要求進行設計的話,那你就要馬上開始了。


自適應控制系統(tǒng)提供了非常顯著的創(chuàng)新機會。燃料電池設計中最重要的創(chuàng)新之一就是英飛騰Infintium在業(yè)內首創(chuàng)飛行記錄儀。


英飛騰首創(chuàng)的飛行記錄儀,類似于特種業(yè)里的黑匣子。飛行記錄儀每秒記錄數(shù)百個數(shù)據(jù)點,以捕獲車輛在任何時間段的工作狀態(tài),并由此反饋各個組件的性能。它可以以電影的方式進行虛擬重放,而非片段性的相片。


其控制系統(tǒng)在客戶所在地已運行了近3年,收集傳感器數(shù)據(jù)并提供給其建模軟件。在后臺對叉車或車輛的運行數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)的監(jiān)控,可以提供給客戶一些預防性的服務,從而提高產品的可靠性,最終客戶得到的就是叉車或者車輛的運行里程有提升,核心零部件的壽命有所延長。


這家美國公司的核心團隊,開發(fā)了美國第一臺燃料電池大巴。基于對燃料電池系統(tǒng)15年的技術積累,以及對燃料電池技術、自適應系統(tǒng)的充分理解和掌控,英飛騰架構了獨特的氫動力平臺。其特點就是:


兼容性強支持各種電堆(各種功率和不同供應商)


在這個平臺中,高功率轉換器PowerConversionSystem(PCS,也就是俗稱的DCDC),是英飛騰專門為燃料電池設計開發(fā)的。


英飛騰的這款高科技的產品是基于SiC技術的車用高功率轉換器。


一個成功的設計是需要知道缺少什么或者需要什么的。經(jīng)過對全球范圍內銷售的DCDC的調研,我們發(fā)現(xiàn)目前絕大多數(shù)的DCDC并不是專門為燃料電池系統(tǒng)進行開發(fā)的。燃料電池用DCDC需要一些特定的性能以提高其運行效率并延長壽命。


英飛騰的設計是為了燃料電池選擇了SiC技術,可以實現(xiàn)在高溫下運行,提高效率,減小尺寸和重量。


小編從英飛騰了解到,現(xiàn)在英飛騰正在進行的一個項目是將其氫動力平臺應用在輕卡上50kW電堆+17度鋰電。這個項目在美國、中國緊鑼密鼓地同步組裝。接下來還會推出重卡。


中國氫能的發(fā)展,需要從技術源頭上充分解構,know-how的問題解決之后,才會有量產的可能,才會降本,氫能才能普及開來。


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