本文關(guān)鍵詞：典型船用氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)特性測試分析

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【摘要】：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(dòng)力系統(tǒng)輸出功率特性是否滿足典型船舶載荷對動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)的最優(yōu)輸出功率時(shí)的反應(yīng)條件及主要控制參數(shù),同時(shí)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(dòng)力系統(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(yùn)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(yùn)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(yùn)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。(2)氫燃料電池動(dòng)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(jì)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(jì)及選型計(jì)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。(3)氫燃料電池動(dòng)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(dòng)力時(shí)的最佳反應(yīng)條件。結(jié)果顯示,氫燃料電池動(dòng)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%。(4)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(dòng)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/DC變換器模型、能量管理模型、太陽能觀光游覽船的直流電機(jī)模型和螺旋槳模型,并對封裝后的船舶氫燃料電池推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn),氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可有效為船舶推進(jìn)系統(tǒng)提供能量,為氫燃料電池用于船舶動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U664.14

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