近日，輪機工程學(xué)院大連市船舶綠色動力與高效熱管理重點實驗室在氫能驅(qū)動船舶混合動力系統(tǒng)多能流調(diào)控方面取得進展，相關(guān)研究成果以“Electric-Thermal-Gas Synergistic Dynamics in PEMFC-LIB Hybrid Systems for Hydrogen Ships: A Multi-Scale Evaluation Framework”為題發(fā)表于eTransportation（影響因子15.1）。這是我校以唯一通訊單位在該期刊發(fā)表的第一篇研究論文，eTransportation是由交通電動化領(lǐng)域國際著名專家歐陽明高院士創(chuàng)刊建立，涵蓋電動汽車、電動機車、電動船舶、電動飛機等各種電動化交通運載工具，聚焦動力電池、燃料電池、電驅(qū)動、混合動力、充換電、智能控制、新能源基礎(chǔ)設(shè)施與智慧能源系統(tǒng)等核心技術(shù)，蟬聯(lián)全球交通科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的SCI學(xué)術(shù)期刊第1位。
隨著航運業(yè)對能源效率、可持續(xù)性和減排要求的逐步提升，低碳零碳動力船舶是目前主要研究方向。近些年，氫能驅(qū)動船舶已在多個國家進行了研制，成為研究熱點。此類船舶動力系統(tǒng)通常涉及燃料電池、鋰電池等多種能源形式，其運行過程中電、熱、氣等多物理場相互耦合作用，對系統(tǒng)性能和可靠性產(chǎn)生復(fù)雜影響。因此，建立能夠準確描述系統(tǒng)動態(tài)特性的模型，對于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、保障安全運行以及實現(xiàn)高效能源管理至關(guān)重要。
為了提高質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）與鋰電池（LIB）混合動力系統(tǒng)高效協(xié)同潛力，研究團隊構(gòu)建了一維增強（1D+）多物理模型，耦合電、熱與氣體流動響應(yīng)，提出基于相對變異指數(shù)（RVI）的響應(yīng)評估方法，系統(tǒng)揭示了三種典型船舶動力系統(tǒng)工況下各物理域的動態(tài)特征與耦合關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，不同物理域響應(yīng)特性顯著差異，其中熱響應(yīng)主導(dǎo)系統(tǒng)波動，電響應(yīng)敏感性強，氣流行為與負載緊密耦合。各運行模式在能量協(xié)同、熱管理與穩(wěn)定性方面呈現(xiàn)差異特征。
通過集成建模、分析和評估框架，勾勒出研究工作未來的應(yīng)用前景，強調(diào)了跨系統(tǒng)多物理場交互的維度可擴展性、增強系統(tǒng)協(xié)同的異構(gòu)能量耦合以及基于RVI的多物理場統(tǒng)一評估的度量體系，為氫能驅(qū)動船舶動力系統(tǒng)性能優(yōu)化、系統(tǒng)電-熱-氣聯(lián)合故障診斷和智能能量管理策略的推進奠定了基礎(chǔ)，推動船舶能源系統(tǒng)綠色升級。
該論文通訊作者為輪機工程學(xué)院王哲副教授，該工作得到“十四五”國家重點研發(fā)計劃“氫能驅(qū)動典型船舶關(guān)鍵技術(shù)”項目的支持。
來源：輪機工程學(xué)院
English
