典型船用氫燃料電池動力系統(tǒng)特性測試分析.pdf

1、氫燃料電池發(fā)電作為較理想的能源利用方式，在船舶行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。為研究氫燃料電池動力系統(tǒng)輸出功率特性是否滿足典型船舶載荷對動力的需求，應(yīng)測試氫燃料電池功率輸出系統(tǒng)，由此展開系統(tǒng)優(yōu)化。本文基于所搭建的3kW質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）發(fā)電系統(tǒng)特性測試平臺，研究了燃料電池的反應(yīng)條件對其放電性能的影響，確定燃料電池動力系統(tǒng)的最優(yōu)輸出功率時的反應(yīng)條件及主要控制參數(shù)，同時應(yīng)用太陽能電力觀光游覽船舶的電力推進(jìn)系統(tǒng)仿真模型，分析氫燃料電池動力

2、系統(tǒng)在船舶推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用的可行性與可靠性。具體研究工作如下：
　　（1）氫燃料電池放電性能影響因素分析。影響燃料電池發(fā)電能力的因素除燃料電池制作材料外，還包括反應(yīng)氣體的壓力、相對濕度及反應(yīng)平臺溫度。以研發(fā)并營運的太陽能電力觀光游覽船舶（L×W×H:15m×6m×1.9m）的電力推進(jìn)系統(tǒng)運行環(huán)境參數(shù)為依據(jù)，測試并分析了氫燃料系統(tǒng)在以船舶運營環(huán)境相適配環(huán)境下的功率輸出特性，確定了氫燃料電池的進(jìn)氣壓力、流率、進(jìn)氣相對濕度及反應(yīng)平臺溫度。<

3、br>　?。?）氫燃料電池動力系統(tǒng)特性測試平臺搭建。以構(gòu)建3kW氫燃料電池船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)為目的，在完成電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行氣體及熱管理系統(tǒng)的管路、換熱器、加濕器及閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計及選型計算，并通過Pro/ENGINEER三維建模軟件，確定測試平臺主要設(shè)備模型，進(jìn)而建立氫燃料電池測試平臺。
　?。?）氫燃料電池動力系統(tǒng)特性測試與優(yōu)化。利用測試平臺研究燃料電池的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣流率及相對濕度、反應(yīng)平臺溫度對輸出電流密度、電壓和

4、功率的影響，并根據(jù)測試結(jié)果確定燃料電池作為船舶動力時的最佳反應(yīng)條件。結(jié)果顯示，氫燃料電池動力系統(tǒng)測試平臺最佳輸出功率的反應(yīng)條件為：反應(yīng)平臺溫度60℃、反應(yīng)氣體壓力均為0.3MPa、氣體相對濕度100％、氫氣流率35L/min、空氣流率150L/min、氫氣利用效率50%。
　?。?）船用氫燃料電池推進(jìn)系統(tǒng)的建模與仿真。以配置船舶氫燃料電池/鋰電池混合動力系統(tǒng)為目的，應(yīng)用MATLAB/SIMULINK仿真軟件建立氫燃料電池模型、DC