解构“自适应系统”在燃料电池中的应用

2019-10-25 14:31| 发布者: 李苏克| 查看: 388| 评论: 0

摘要: 目前,中国正在运行的诸多燃料电池动力系统,并没有对提供车辆动力的所有组件进行真正管理。所以,几乎所有应用燃料电池的厂家都遇到同样的问题: 1)动力系统无法精确地监控和调节燃料电池的实时行为; 2)厂家无法精准调配电堆及锂电的综合输出,过度依赖锂电 针对上述问题,英飞腾提出的解决方案是:应用“自适应系统”到动力系统中,从而实现对动力系统的真正管理。本文来解构一下------“自适应系统 ...
      目前,中国正在运行的诸多燃料电池动力系统,并没有对提供车辆动力的所有组件进行真正管理。所以,几乎所有应用燃料电池的厂家都遇到同样的问题:
      1)动力系统无法精确地监控和调节燃料电池的实时行为;
      2)厂家无法精准调配电堆及锂电的综合输出,过度依赖锂电

      针对上述问题,英飞腾提出的解决方案是:应用“自适应系统”到动力系统中,从而实现对动力系统的真正管理。本文来解构一下------“自适应系统”为何能实现上述管理的。


      所谓“自适应”一般是指系统按照环境的变化调整其自身使得其行为在新的或者已经改变了的环境下达到最好或者至少是容许的特性和功能。这种对环境变化具有适应能力的控制系统称为自适应控制系统。

      简单来说,自适应控制系统可以定义为在没有人的干预下,随着运行环境改变而自动调节自身控制参数,以达到最优控制的系统。

      软件建模、传感器融合、输入输出的控制等等都是“自适应系统”的关键。在这些技术基础上,英飞腾首创“飞行记录仪”,并进一步开发了氢动力平台。并为了燃料电池开发了车用高功率转换器。叉车用燃料电池则是其成熟产品。小编沿着这个技术思路,一步步解构。


      首先简要解释一下 “燃料电池的动力系统” 。对于燃料电池汽车来说,用动力控制系统来管理所有的组件和系统,是非常复杂的。而目前,中国正在运行的许多燃料电池动力系统,并没有真正管理、控制或调节提供车辆动力的所有组件,包括蓄电池系统。

      在大多数情况下,动力系统无法精确地监控和调节燃料电池的实时行为,从而无法实现经济地、可靠地分配功率。

      听起来很简单,可是当将这一技术应用在燃料电池系统中时,人们发现:太复杂了…


      上页右图展示的是燃料电池的工作原理:氢气、氧气进到电堆里,发生电化学反应,产生电和水。

      上文提到的复杂性就是因为燃料电池的性能受到环境因素的影响极大,而这些环境因素在车辆行驶的过程中是动态的、持续变化的。

      这种不断变化的环境需要的不仅仅是基本的控制系统,该系统也通常定义了各个组件的连接。这就是燃料电池的自适应系统。


      Mr. LYNCH用自动驾驶的例子来解释燃料电池的自适应系统。如上图,自动驾驶对“自适应控制”有明显的要求。在车辆行驶过程中,车内乘客是可以体会到外部环境的变化的。传感器、雷达和摄像头向核心智能传感器处理中枢提供必要的输入,从而为每种情况做出决策,并为子系统和组件(如制动、加速和转向)提供输出控制。这和燃料电池内部是非常相像的。另外,重要的一点是:系统驱动的“里程数”越多,它就越智能。

      就像车辆外部不断变化的环境一样,燃料电池也面临着车辆内部的动态变化。


      燃料电池“自适应系统”的设计对技术团队的要求非常高,一个优异的设计,需要众多因素和核心竞争力。燃料电池需要空气、氢气、热管理系统和电控系统。控制这些子系统以及功率转换所需要的技能远远不是一两个人就能掌握的。

      能够设计出燃料电池“自适应系统”的团队,一定要了解车辆及其对车辆的需求,这对控制的影响非常深远。

      软件建模对于传感器处理和智能决策是非常关键的。这可以延长部件寿命并实现氢燃料的高效利用。

      传感器融合技术需要对所有动力子系统有敏锐的了解。在许多情况下,需要加入传感器融合技术来控制并帮助解决问题。

      这里说的时间是恰当设计所需要的时间、软件编码和建模的时间、在客户车辆上的运行时间以及实际使用中捕获数据的时间。如果你的控制系统还不是按照自适应系统的要求进行设计的话,那你就要马上开始了。

      “自适应控制系统”提供了非常显著的创新机会。燃料电池设计中最重要的创新之一就是英飞腾Infintium在业内首创“飞行记录仪”。


      英飞腾首创的“飞行记录仪”,类似于航空业里的“黑匣子”。“飞行记录仪”每秒记录数百个数据点,以捕获车辆在任何时间段的工作状态,并由此反馈各个组件的性能。它可以以“电影”的方式进行虚拟重放,而非片段性的相片。

      其控制系统在客户所在地已运行了近3年,收集传感器数据并提供给其建模软件。在后台对叉车或车辆的运行数据和运行状态的监控,可以提供给客户一些预防性的服务,从而提高产品的可靠性,最终客户得到的就是叉车或者车辆的运行里程有提升,核心零部件的寿命有所延长。


       这家美国公司的核心团队,开发了美国第一台燃料电池大巴。基于对燃料电池系统15年的技术积累,以及对燃料电池技术、自适应系统的充分理解和掌控,英飞腾架构了独特的氢动力平台。其特点就是:兼容性强-----支持各种电堆(各种功率和不同供应商)

       在这个平台中,高功率转换器Power Conversion System(PCS, 也就是俗称的DCDC),是英飞腾专门为燃料电池设计开发的。

       英飞腾的这款高科技的产品是基于SiC技术的车用高功率转换器 。

       一个成功的设计是需要知道缺少什么或者需要什么的。经过对全球范围内销售的DCDC的调研,我们发现目前绝大多数的DCDC并不是专门为燃料电池系统进行开发的。燃料电池用DCDC需要一些特定的性能以提高其运行效率并延长寿命。

       英飞腾的设计是为了燃料电池选择了SiC技术,可以实现在高温下运行,提高效率,减小尺寸和重量。

       小编从英飞腾了解到,现在英飞腾正在进行的一个项目是将其氢动力平台应用在轻卡上------50kW电堆+17度锂电。这个项目在美国、中国紧锣密鼓地同步组装。接下来还会推出重卡。

       中国氢能的发展,需要从技术源头上充分解构,know-how的问题解决之后,才会有量产的可能,才会降本,氢能才能普及开来。


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