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基于阴极再循环的燃料电池系统建模与动态性能分析
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作者 刘泽 许思传 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期619-627,共9页
阴极再循环通过调节电堆进气中的氧分压和水蒸气分压特别适合解决车用燃料电池系统在低怠速工况下的缺水和高电势问题。建立了一个带阴极再循环功能的燃料电池非线性系统控制模型,使用阴极再循环泵将阴极出口的气体引回到空压机出口实... 阴极再循环通过调节电堆进气中的氧分压和水蒸气分压特别适合解决车用燃料电池系统在低怠速工况下的缺水和高电势问题。建立了一个带阴极再循环功能的燃料电池非线性系统控制模型,使用阴极再循环泵将阴极出口的气体引回到空压机出口实现了进气加湿和氧分压调节。该模型可捕捉由阴极再循环带来的一系列动态响应。结果表明,阴极再循环可以极大地改善小电流密度下的进气湿度,随着阴极再循环比的增加,加湿动态响应加快;氧分压调节的动态响应较慢,但通过合理的阴极再循环策略仍能将小电流密度下的高电势限制在0.8V以下。通过抑制小电流密度下的电压,实现了50%的怠速功率降幅。 展开更多
关键词 车用燃料电池系统 阴极再循环 面向控制建模 动态性能
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燃料电池系统温度及空气化学计量比影响研究 被引量:1
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作者 叶遥立 毛正松 +2 位作者 刘兵 李嫣然 黄延楷 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第6期1042-1047,共6页
研究了电堆入口冷却液温度、空气化学计量比对于燃料电池系统发电性能的影响。结果表明:在中高功率(57%以上)条件下,燃料电池系统效率与冷却液温度相关,随温度上升而上升,66℃以上保持不变,优化冷却液温度可以提升1.0%的系统效率。但在... 研究了电堆入口冷却液温度、空气化学计量比对于燃料电池系统发电性能的影响。结果表明:在中高功率(57%以上)条件下,燃料电池系统效率与冷却液温度相关,随温度上升而上升,66℃以上保持不变,优化冷却液温度可以提升1.0%的系统效率。但在低功率(14%以下)条件下,温度的影响不显著。提升空气化学计量比降低了燃料电池系统发电效率,相比最高效率下降了3.8%,但提高了单体电压一致性,显著影响最低单体电压及最大单体电压均低差值。可依据最大单体电压均低差值判断最优空气化学计量比。 展开更多
关键词 燃料电池系统 系统效率 冷却液温度 空气化学计量比 单体电压一致性
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船舶应用燃料电池系统的设计与试验
3
作者 张宝 王鹏 +2 位作者 安勇攀 吕平 蒋建良 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2554-2567,共14页
受到航海运输领域的新政策和严格的排放法规限制,船舶应用燃料电池受到越来越多的关注与重视,尤其是具有高效率、低噪声、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统。本文介绍了由新源动力股份有限公司开发的船用PEMFC系统,以隔离防护和... 受到航海运输领域的新政策和严格的排放法规限制,船舶应用燃料电池受到越来越多的关注与重视,尤其是具有高效率、低噪声、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统。本文介绍了由新源动力股份有限公司开发的船用PEMFC系统,以隔离防护和泄露探测为基准要求,该PEMFC系统配置了多个安全参数检测装置,对于BOP部件选型采用了针对性的方案,通过水热管理优化及标定,系统额定效率和峰值效率分别为45%和62%。为了证明PEMFC系统满足功能完善及安全可靠的要求,采用设计试验的方法研究并制定了性能评价试验,分别是可靠性试验、低温启动试验及双机并联试验。试验结果表明:经历了200h动态工况测试后系统在中间功率下性能无变化,在额定功率下电堆性能衰减率为1.2%;基于良好的水热管理及多模式控制手段,实现了吹扫时间和单体电压偏差大幅降低,当环境温度为-30℃时顺利实现低温启动,高于船用规范中的最苛刻要求;在高功率需求及冗余设计目标下,双机并联使得系统总成动力输出更平稳、可靠,而且通过交替启动策略提高了系统耐久性,不同的工作模式为系统维护及故障处理提供了基础条件;PEMFC系统具备搭载实船应用的能力。本文为船用PEMFC系统的设计和开发提供了参考依据。 展开更多
关键词 船用 燃料电池 设计 质子交换膜燃料电池系统 水热管理 优化 可靠性
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车用燃料电池系统绝缘性能分析与优化
4
作者 王安 刘长来 +1 位作者 夏诗忠 陈念 《汽车技术》 CSCD 北大核心 2024年第11期31-39,共9页
为了提升燃料电池系统的绝缘性,针对零部件的结构特性、材料特性以及安装方式进行了优化设计。首先,对绝缘路径进行电路和水路的失效分析;然后,改善电堆内部绝缘设计及电堆仓结构,优化了电子元件保护策略,同时,更换了水泵、水暖型加热... 为了提升燃料电池系统的绝缘性,针对零部件的结构特性、材料特性以及安装方式进行了优化设计。首先,对绝缘路径进行电路和水路的失效分析;然后,改善电堆内部绝缘设计及电堆仓结构,优化了电子元件保护策略,同时,更换了水泵、水暖型加热器等高压供电冷却回路的零部件材料,调整了散热器、中冷器以及传感器等零部件的加工工艺和安装方式。最后,通过绝缘电阻测试,新型车用燃料电池系统的静态绝缘电阻超过5 MΩ(500 V测试电压下),运行状态下的绝缘电阻超过3 MΩ(在线监测状态下)。 展开更多
关键词 燃料电池系统 绝缘性能 失效分析 系统设计 零部件设计
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车用质子交换膜燃料电池系统技术现状 被引量:13
5
作者 周苏 纪光霁 +2 位作者 马天才 陈凤祥 章桐 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期489-495,共7页
详细介绍了车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的组成,描述了目前国内外PEMFC系统的技术状态及技术指标。
关键词 汽车 燃料电池系统 质子交换膜 技术现状
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车用高压质子交换膜燃料电池系统建模与仿真 被引量:12
6
作者 周苏 张传升 陈凤翔 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1469-1476,共8页
将车用高压质子交换膜燃料电池系统作为一种新型车辆动力的研究对象,结合机理建模和试验建模两种建模方法,建立了较为完整的系统级高压质子交换膜燃料电池系统的数学模型。该模型包括电堆、空气系统、气气增湿、氢气系统、冷却系统五个... 将车用高压质子交换膜燃料电池系统作为一种新型车辆动力的研究对象,结合机理建模和试验建模两种建模方法,建立了较为完整的系统级高压质子交换膜燃料电池系统的数学模型。该模型包括电堆、空气系统、气气增湿、氢气系统、冷却系统五个模块,通过试验数据为系统的非线性环节建立表格模型。针对一款83kW车用高压PEMFC系统,使用Matlab/Simnlink软件进行了仿真计算,给出了空气压力、温度、湿度、氧气过量系数、系统电压等仿真结果,并通过实验数据对该模型进行了验证。对比了高压系统与低压系统的效率,仿真结果表明在低电流区间高压系统效率低于低压系统,而在高电流区间高压系统效率高于低压系统。 展开更多
关键词 高压 质子交换膜燃料电池系统 建模 仿真
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便携式质子交换膜燃料电池系统集成研究 被引量:7
7
作者 刘明义 蒋利军 +5 位作者 黄倬 杜军 吴伯荣 陈晖 朱磊 简旭宇 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期446-449,共4页
设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出... 设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出的200W便携式质子交换膜燃料电池系统演示样机进行了一系列性能测试,包括氢气压力、尾气排放、风扇高度、氢气增湿以及系统热管理对便携式PEMFC系统性能的影响,发现了影响便携式PEMFC系统性能的关键问题,并提出了解决方案。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池系统 便携式电源 系统热管理
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客车用燃料电池系统开发研究 被引量:4
8
作者 卢兰光 诸葛伟林 +2 位作者 欧阳明高 张扬军 裴普成 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期313-317,364,共6页
主要介绍清华大学客车用燃料电池系统的开发流程和设计方法。
关键词 燃料电池系统 开发 客车
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采用离心式空压机的燃料电池系统性能仿真研究 被引量:6
9
作者 韩永杰 诸葛伟林 +1 位作者 汪茂海 张扬军 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期36-39,共4页
建立了燃料电池系统CFD仿真平台,应用该平台对一种采用离心式空压机的燃料电池系统性能进行了仿真研究,并与国内目前采用旋涡式空压机的燃料电池系统性能进行了比较分析。结果表明:采用离心式空压机的燃料电池系统运行范围能够达到常用... 建立了燃料电池系统CFD仿真平台,应用该平台对一种采用离心式空压机的燃料电池系统性能进行了仿真研究,并与国内目前采用旋涡式空压机的燃料电池系统性能进行了比较分析。结果表明:采用离心式空压机的燃料电池系统运行范围能够达到常用系统运行范围,且系统效率更高,空气加湿性能更好。 展开更多
关键词 燃料电池系统 空压机 效率 加湿性能
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基于支持向量机的车用燃料电池系统故障诊断 被引量:4
10
作者 全睿 全书海 +1 位作者 黄亮 谢长君 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期78-83,163,共6页
为了提高车用燃料电池系统的安全可靠性和可维护性,考虑到其大量完整的故障样本难以获取,提出了一种基于二叉树多分类器的支持向量机故障诊断方法。首先,以自主研发的60 kW车用燃料电池系统为研究对象,分析了其故障机理和特征;然后,融... 为了提高车用燃料电池系统的安全可靠性和可维护性,考虑到其大量完整的故障样本难以获取,提出了一种基于二叉树多分类器的支持向量机故障诊断方法。首先,以自主研发的60 kW车用燃料电池系统为研究对象,分析了其故障机理和特征;然后,融合15种故障征兆参数并进行归一化预处理作为支持向量机的输入,以14种典型故障作为输出,选取径向基核函数并利用粒子群优化算法对支持向量机的惩罚参数和核函数参数进行优化,利用310组样本数据对其进行训练,通过90组测试样本测试实现了其典型故障的识别;最后,将支持向量机和神经网络分别在不同训练样本数下的故障诊断性能进行了对比。仿真结果表明,支持向量机具有较好的故障正判率和泛化能力,可有效用于车用燃料电池系统的多故障诊断。 展开更多
关键词 燃料电池系统 支持向量机 粒子群优化算法 故障诊断
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可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究 被引量:10
11
作者 陈宋 孙凤焕 +2 位作者 张明 戴孟瑜 崔波 《航天器工程》 2014年第6期128-134,共7页
概述了可再生燃料电池的工作原理和特性;介绍了国外可再生燃料电池的空间应用,在"太阳神"无人机和平流层飞艇上的设计验证经验,以及国内的技术发展水平;分析了可再生燃料电池系统应用于空间电源所要解决的系统优化设计、电解... 概述了可再生燃料电池的工作原理和特性;介绍了国外可再生燃料电池的空间应用,在"太阳神"无人机和平流层飞艇上的设计验证经验,以及国内的技术发展水平;分析了可再生燃料电池系统应用于空间电源所要解决的系统优化设计、电解器和燃料电池的高性能及安全性设计、功率控制器的集成化设计、氢气/氧气的空间储存及后处理等关键技术;提出了用于空间电源的可再生燃料电池系统初步设计方案,对系统的组成和工作流程、各子系统的功能和设计方式进行了论述,可为我国未来的新型航天器电源系统设计提供参考。 展开更多
关键词 空间电源 可再生燃料电池系统 燃料电池 电解器 功率控制器
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道路环境下质子交换膜燃料电池系统性能衰退统计研究 被引量:3
12
作者 张新丰 沈勇 +1 位作者 杨瑞 章桐 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期16-20,共5页
基于远程监控系统,对示范运营的燃料电池系统汽车,在实际道路运行条件下的输出状态参数进行记录和分析,对燃料电池系统的性能衰退做出统计意义上的估计。首先介绍了基于远程监控系统的数据采集方案;然后基于经验公式,给出了燃料电池一... 基于远程监控系统,对示范运营的燃料电池系统汽车,在实际道路运行条件下的输出状态参数进行记录和分析,对燃料电池系统的性能衰退做出统计意义上的估计。首先介绍了基于远程监控系统的数据采集方案;然后基于经验公式,给出了燃料电池一元非线性回归模型,并估计出了分段时间内的稳态极化特性曲线,对拟合优度进行了检验,最后给出了燃料电池电压衰退率的计算方法,分析了燃料电池系统中实际运行中的性能衰退变化规律。 展开更多
关键词 车用燃料电池系统 非线性回归 电压衰退 参数估计 拟合优度
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车用燃料电池系统的性能衰退机理及影响因素分析 被引量:6
13
作者 张新丰 杨代军 周拓 《汽车安全与节能学报》 CAS 2012年第3期276-286,共11页
耐久性问题是制约车用燃料电池系统产业化的一个关键。该文以目前最常用的全氟磺酸膜燃料电池为对象,基于文献研究法,对目前在燃料电池耐久性、性能衰退方面的研究成果进行分析和整理,归纳了车用质子交换膜燃料电池系统中膜、催化剂、... 耐久性问题是制约车用燃料电池系统产业化的一个关键。该文以目前最常用的全氟磺酸膜燃料电池为对象,基于文献研究法,对目前在燃料电池耐久性、性能衰退方面的研究成果进行分析和整理,归纳了车用质子交换膜燃料电池系统中膜、催化剂、气体扩散层、双极板等主要组件的性能衰退机理,利用逻辑链分析方法描述了其性能衰退的过程,归纳了道路环境下影响燃料电池性能衰退的不同原因类型,给出了车载运行环境和操作工况对燃料电池性能衰退影响的半定量分析,给出了改进燃料电池系统耐久性的一些方法。 展开更多
关键词 车用燃料电池系统 质子交换膜(PEM) 道路工作环境 耐久性 性能衰退 逻辑链图
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燃料电池系统膜增湿器传热传质性能研究 被引量:6
14
作者 劳星胜 曾宏 +1 位作者 诸葛伟林 张扬军 《舰船科学技术》 北大核心 2007年第5期80-84,共5页
对大功率常压燃料电池系统膜增湿器的传热传质性能进行实验研究,确定了影响膜增湿器性能的主要因素,建立膜增湿器传热传质数学模型,仿真研究了这些因素对膜增湿器性能的影响机制。研究表明,降低增湿器操作压力,增大空气流量,提高进气温... 对大功率常压燃料电池系统膜增湿器的传热传质性能进行实验研究,确定了影响膜增湿器性能的主要因素,建立膜增湿器传热传质数学模型,仿真研究了这些因素对膜增湿器性能的影响机制。研究表明,降低增湿器操作压力,增大空气流量,提高进气温度有利于提高扩散系数;减小空气流量和降低干空气进口温度有利于降低膜内水含量梯度。 展开更多
关键词 燃料电池系统 膜增湿器 传热传质
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基于EKF在线辨识的多堆燃料电池系统最大效率点跟踪控制方法 被引量:6
15
作者 李奇 刘强 +1 位作者 王天宏 陈维荣 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期673-683,共11页
为保证多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)在负载不断变化条件下仍能稳定运行在最大效率点,该文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)在线辨识算法的MFCS最大效率点跟踪控制的方法。该方法利用... 为保证多堆燃料电池系统(multi-stack fuel cell system,MFCS)在负载不断变化条件下仍能稳定运行在最大效率点,该文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)在线辨识算法的MFCS最大效率点跟踪控制的方法。该方法利用EKF的实时在线拟合能力,快速实现对MFCS效率/功率曲线的辨识,做到实时估计系统最大效率点功率,并通过功率分配方法实现各个电堆间出力的合理分配,来达到维持系统在最大效率点处稳定运行的目的。最后,在搭建的RT-LAB半实物硬件在环测试平台上,与扰动观测(perturb and observe,P&O)算法进行了对比分析。实验结果证明,该文所提方法能够快速的实时估计MFCS最大效率点功率并且实现跟踪控制,减小燃料电池功率变化率等退化参数,提高燃料电池的耐久性。 展开更多
关键词 多堆燃料电池系统 实时最大效率点跟踪 扩展卡尔曼滤波 功率分配方法 硬件在环
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车用质子交换膜燃料电池系统-10℃低温启动实验研究 被引量:6
16
作者 陈沛 陈雪松 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2016年第4期427-432,共6页
针对一款车用36 kW的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,进行了无外热源加热情况下-10℃环境舱冷启动实验研究。基于现有的系统架构、理论计算得到的电堆热量平衡,制定冷启动试验步骤,通过试验实现了燃料电池系统-10℃低温启动运行,验证了... 针对一款车用36 kW的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,进行了无外热源加热情况下-10℃环境舱冷启动实验研究。基于现有的系统架构、理论计算得到的电堆热量平衡,制定冷启动试验步骤,通过试验实现了燃料电池系统-10℃低温启动运行,验证了系统设计的有效性。通过分析-10℃启动运行过程中系统的输出特性和主要物理量随时间的变化情况,对系统结构和运行过程设计做了分析说明。本文不但分析了堆内单池的一致性,也考察了主要辅助系统零部件的冷启动试验中的可靠性。主要结论是:冷启动过程时的低温不但影响电堆冷启动的成功与否,也会对电堆的性能产生直接的影响。 展开更多
关键词 汽车动力 燃料电池系统 车用质子交换膜燃料电池 低温启动
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UUV闭式循环燃料电池系统与推进功率匹配控制 被引量:3
17
作者 严浙平 吴越媛 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期170-178,共9页
针对用蓄电池作为能供系统的水下无人潜航器(UUV)经常需要回到母船或岸基进行充电,不能够实现长期水下航行的问题,提出并设计了一种适用于UUV的新能源系统——闭式循环燃料电池系统,可在UUV排水量不变的情况下提高其水下续航能力。为了... 针对用蓄电池作为能供系统的水下无人潜航器(UUV)经常需要回到母船或岸基进行充电,不能够实现长期水下航行的问题,提出并设计了一种适用于UUV的新能源系统——闭式循环燃料电池系统,可在UUV排水量不变的情况下提高其水下续航能力。为了实现闭式循环燃料电池系统与UUV输出功率匹配控制,依据燃料电池的化学、热工流体等特性建立了其数学模型,通过仿真实验分析得到了影响质子交换膜燃料电池(PEM-FC)输出电压的主要因素,同时采用BP算法和模糊规则设计了一种控制策略。仿真实验结果表明,提出的闭式循环燃料电池及其控制系统能满足与UUV推进功率匹配的要求,为下一步的实验系统研制奠定了基础。 展开更多
关键词 UUV 闭式循环 燃料电池系统 功率匹配
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车用多堆燃料电池系统能量管理与控制策略 被引量:11
18
作者 周苏 王克勇 +1 位作者 文泽军 张岗 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期107-115,共9页
针对单堆燃料电池系统的输出功率、效率和寿命问题,对车用多堆燃料电池(multi-stack fuel cell,MFC)系统的能量管理策略(energy management strategy,EMS)与控制策略进行研究。提出了多级能量管理策略,其中第一级EMS基于工况对MFC系统... 针对单堆燃料电池系统的输出功率、效率和寿命问题,对车用多堆燃料电池(multi-stack fuel cell,MFC)系统的能量管理策略(energy management strategy,EMS)与控制策略进行研究。提出了多级能量管理策略,其中第一级EMS基于工况对MFC系统与动力电池系统间的能量进行自适应分配,第二级EMS引入兼顾效率和寿命的目标优化函数,优化分配每个电堆的功率输出。研究结果表明,在满足同一电功率负载工况需求条件下,与单堆燃料电池系统相比较,MFC系统的燃料经济性可提高约4%,系统寿命性能也有所改善。 展开更多
关键词 多堆燃料电池系统 能量管理策略 工况识别 优化模型 最优分配策略
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燃料电池系统噪声测试方法研究 被引量:2
19
作者 许向国 付娜 《中国测试》 CAS 北大核心 2022年第9期17-21,共5页
在碳达峰、碳中和“双碳”目标牵引下,氢燃料电池汽车步入快车道发展状态。燃料电池系统作为氢燃料电池汽车的动力源,其运行噪声作为氢燃料电池汽车主要噪声来源之一值得深入研究。该文详细分析燃料电池系统的噪声源,研究燃料电池系统... 在碳达峰、碳中和“双碳”目标牵引下,氢燃料电池汽车步入快车道发展状态。燃料电池系统作为氢燃料电池汽车的动力源,其运行噪声作为氢燃料电池汽车主要噪声来源之一值得深入研究。该文详细分析燃料电池系统的噪声源,研究燃料电池系统噪声实验室测试方法,提出高效可行燃料电池系统进行带载噪声测试现场检测方法。针对环境与背景噪声的影响,提出引入环境修正系数K来消除实验室边界或邻近物体的反射产生影响的解决方案,开展典型燃料电池系统噪声测试,结合在半消声室的测试数据,结果表明本试验方法的有效性与可靠性。本研究对建立燃料电池系统噪声测试国家标准和燃料电池汽车噪声设计等提供有效的参考。 展开更多
关键词 燃料电池汽车 燃料电池系统 噪声 测试方法
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意大利Electro Power System公司的ElectroSelf氢燃料电池系统
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作者 贾旭平 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第8期889-891,共3页
Electro Pow erSystem s SpA.发布公司新技术ElectroSelf,它是世界上第一个完全自我充电的氢燃料电池技术。该技术旨在任何地点,无论是否离网,还是缺乏可靠电力或极端气候的位置,都为移动网络提供可靠的备用电源。
关键词 燃料电池系统 Power 意大利 燃料电池技术 极端气候 备用电源 移动网络
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