基于液態(tài)燃料的燃料電池動力系統(tǒng)設(shè)計
作者：朱迅、徐昕翃、姜曉宇、劉嘉杰、劉澤瑞、馬浩瑞、孫澤宇 能動系
指導(dǎo)老師：韓敏芳 能動系
關(guān)鍵詞：液態(tài)燃料 燃料電池 聯(lián)合供能 動力系統(tǒng)
摘要
隨著霧霾天氣的增多，人們越來越注重環(huán)保領(lǐng)域。作為霧霾產(chǎn)生的主要原因——化石燃料的大規(guī)模燃燒，我們開始尋找其他的處理方法來實現(xiàn)化石燃料的清潔利用。其中，較為成熟的一種技術(shù)是借用燃料電池中的固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC）。
固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認(rèn)為是在未來會與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。
本項目基于液態(tài)燃料，如乙醇等進(jìn)行汽車動力系統(tǒng)的設(shè)計，以期能夠?qū)崿F(xiàn)智能化和高效化運行
1.項目背景
雖然SOFC作為一種環(huán)保清潔的化石燃料利用方法，但是將其作為汽車的唯一動力源,在車輛需要加速和進(jìn)行坡道行駛時，會出現(xiàn)由于燃料電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)速度相對恒定，無法跟上突變的功率需求。所以我們選擇使用市面上較為常見的鋰電池作為輔助動力源，用來補齊SOFC欠缺的功率。
圖 1 SOFC和混合動力源輸出UI曲線
圖 2 SOFC的PI曲線
圖 3 電路邏輯圖
2. 設(shè)計方案
2.1氣路設(shè)計
對于一個汽車動力系統(tǒng)來說，除了我們的電路圖以外，更加重要的是燃料流動的線路，所以本項目將重點放在燃料流動圖，圖一是一個簡略的燃料流動圖。
此外我們也將展示相關(guān)各處的燃料的重要參數(shù)（本次仿真我們采用乙醇進(jìn)行設(shè)計）
圖 4 燃料流動圖
圖 5 實驗仿真數(shù)據(jù)圖
2.2電路設(shè)計
電路作為實現(xiàn)電池耦合的重要部分，對于整個系統(tǒng)的邏輯性流暢以及電池的流暢切換至關(guān)重要。由于疫情期間無法回到學(xué)校進(jìn)行具體的仿真實驗，所以本部分展示的數(shù)值僅作為參考。
圖 6 設(shè)計仿真電路
此外由于考慮到以后的推廣到其他燃料的的應(yīng)用。我們還對于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可行性進(jìn)行了系統(tǒng)的驗證。
總的來說，我們的項目有以下幾個創(chuàng)新點：
（1）頻繁使用換熱設(shè)備實現(xiàn)自熱，保證了能量的高效利用（最終熱效率74.36%）
（2）應(yīng)對汽車的不同類型（如私家車、出租車等）和面臨的不同路況（平地行駛、緩慢爬坡等）來改變電路工作狀態(tài)
（3）燃料類型不受限制，有較強的的可推廣性
圖 7 經(jīng)濟(jì)性考究
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