航运和港口基础设施是温室气体排放的重要来源。根据国际海事组织(International Maritime Organization)的数据，海运产生的一氧化碳超过9亿吨2每年。全球经济依赖海运将产品运送给消费者，高达90%的外国货物通过集装箱船通过港口，但这对环境造成了下载188bet金宝搏巨大的损害。而那些生活在繁忙海港附近的人则暴露在危险水平的空气污染中，这是由港口商务车的柴油发动机排放造成的。
例如，大型工业车辆被称为容器处理程序从集装箱船上装卸集装箱。每个货柜处理人员排放多达144吨一氧化碳2每年，一个大型港口可以在现场有数百台这样的机器。将一个集装箱装卸机的柴油发动机换成绿色的替代品，其效果相当于从道路上移除32辆汽油驱动的乘用车。
从乘用车到长途卡车、机车和重型设备，内燃机正在被更环保的替代品所取代。电池驱动的电动汽车吸引了很多关注，消费者在车型和充电场所都有越来越多的选择。但在港口，内燃机是重型工业车辆(如堆场卡车、叉车和集装箱搬运车)的柴油发动机。电池和所需的充电基础设施在这些操作中并不适用。
这就是燃料电池可以提供帮助的地方。
使电气化
燃料电池非常适合那些需要长时间换班和最短停机时间加油的重型设备。给一个氢燃料电池充电所需的时间和给一个类似大小的油箱充电所需的时间差不多，而给一个重型电动汽车的电池充电则需要数小时。燃料电池为车辆提供了8小时轮班所需的功率密度和里程。一家专注于商用汽车燃料电池技术的公司是Nuvera．
Nuvera Fuel cells的创始员工兼主管Gus Block说:“燃料电池在需要长距离行驶或电池充电时间过长的情况下比普通电池更适合船只、飞机、卡车、公交车和应急车辆。”
Block说:“当电池太大而不能装在车辆上或太重而影响有效载荷时，也需要它们。”“例如，电动集装箱处理器所需的电池只有一头小大象那么大。”
Nuvera的e系列燃料电池发动机之一。图片来源:Nuvera Fuel Cells。
不需要充电的电动替代品
除了热和水，燃料电池不产生任何废气。由于没有运动部件，它的设计原理很简单:在两个电极之间夹一层薄膜。当氢燃料遇到阳极时，它分裂成一个质子和一个电子。质子穿过薄膜到达阴极，在那里它遇到氧气。电子在电极之间走的路更长，通过一个电路。电子流为电机提供动力。在阴极，质子、电子和氧结合形成水。
通过建模和实时仿真，Nuvera的工程师可以快速迭代他们的设计，并允许在不危及真正引擎的情况下进行试验。
科学是简单的，但完善高性能电源的配方是困难的。许多因素决定燃料电池内部的多重反应，一个软件控制系统必须考虑到所有这些因素，才能从设备中获得最大的能量和效率。控制系统根据反馈不断修正。
Nuvera的总工程师Pierre-François Quet说:“最大的设计挑战之一是保持细胞的适当补水。”“没有足够的水和质子通过;太多的话，细胞就会泛滥。”
他们的系统通过改变冷却剂温度和控制气流增加或减少蒸发来管理水化。为了设计控制燃料电池引擎的软件，nuvera使用了MATLAB软件。燃料电池引擎通常包括数百个堆叠在一起的燃料电池，冷却剂在它们之间流动，再加上冷却剂泵和空气压缩机® 和仿真软金宝app件®．一个燃料电池发动机的工厂模型——包括控制电气和化学反应以及水、气体和冷却剂的温度和压力的方程式——也在Simulink中实现，Quet说。金宝app有了这种模拟，Nuvera编写算法来改进像冷却剂流动这样的东西，以维持最佳性能。一旦算法最终确定，Simulink就会将其转换为代码，这些代码将在金宝app嵌入实际燃料电池引擎的处理器上运行。
海斯特®仅需容器处理程序。图片来源:歇斯底里-耶鲁集团。
控制算法还考虑了许多运行条件。在模拟中，Nuvera在低和高环境温度以及低和高湿度环境中测试系统。
为了实验算法在更现实的环境,Nuvera做半实物测试:他们负荷发动机模型到一个自定义计算机由Speedgoat是根据相同的输入和输出的物理引擎,并能实时模拟其操作。运行燃料电池引擎的嵌入式计算机与Speedgoat盒子连接，并由Simulink生成的C代码编写。金宝app
这种设置增加了严格性，同时使Nuvera的工程师能够快速迭代他们的设计。它还允许在不危及真正引擎的情况下进行试验。
一种不同的混血儿
几乎所有的燃料电池汽车都是电混合的，由燃料电池和电池共同提供动力。在某些情况下，燃料电池提供涓滴充电以保持电池充电，而在其他配置下，燃料电池和电池都通过电动总线为电机提供动力。电池也被用来接受车辆的再生动力，例如当叉车刹车或降低负载时。
根据制造商提供的数据和公司内部收集的数据，Quet的团队首先在Simulink中建立了锂离子电池的模型。金宝app他们还编写了算法，可以根据他们可以测量的东西(电压和电流)来估计电池的电荷状态。然后他们使用Simulink编金宝app程控制算法。该系统需要保持一个理想的电池充电水平，这样总有足够的能量来应对峰值负载，并有足够的容量来重新吸收能量。Nuvera团队还通过在一系列模拟叉车和负载场景中测试算法，为各种系统组件设计了最佳尺寸。
两全其美
燃料电池与普通电池和混合动力电池共享优势。就像电池一样，它们是可伸缩的、安静的，而且不会产生有害的排放。但燃料电池汽车也提供了汽油和柴油动力内燃机汽车的长距离和快速加油时间。氢可以存储在一个油箱,使压力比电池含有更多的能量相同的维度,而不是停下来充电或更换电池,你可以操作的工具长或超过电池的等效和花几分钟填满油箱。
Nuvera的燃料电池引擎的一个用途是由其母公司歇斯底里耶鲁集团制造的叉车。Nuvera还将两个E-45燃料电池发动机集成到海斯特发动机中®将在洛杉矶港使用的集装箱处理程序，类似于照片中所示的模型。通过将柴油发动机换成燃料电池驱动的电动传动系统，这辆车就能产生128吨一氧化碳2每年都可以避免。商用和工业车辆的柴油发动机是碳排放和降低空气质量的标准污染物的来源。Nuvera与其他制造商合作，使用燃料电池为公共汽车、火车和特种车辆供电，以帮助显著减少它们的排放。
海斯特®燃料电池叉车。图片来源:歇斯底里-耶鲁集团。
燃料电池具有可扩展性和安静性，不会产生有害排放，并提供汽油和柴油动力内燃机汽车的长距离和短停机时间。
