[发明专利]一种小船燃料电池动力系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种小船燃料电池动力系统，包括：燃料电池动力模块组、数个备用燃料电池堆子模块、监控模块、供气组件、总控模块；燃料电池动力模块组包括数个燃料电池动力模块，燃料电池动力模块之间通过输出端口串联/并联；燃料电池动力模块包括数个小功率的燃料电池堆子单元、并接端口、输出端口，燃料电池堆子单元并接在输出端口上；一个备用燃料电池堆子模块并接入数个燃料电池动力模块的并接端口；监控模块分别与燃料电池堆子单元、备用燃料电池堆子模块连接。本发明将原有的大功率燃料电池替换成由数个小功率燃料电池堆子单元并接而成的燃料电池动力模块，提高了输出功率的可控性，有效降低能源浪费，在出现故障时维护成本低。

技术领域

本发明涉及动力系统技术领域，具体涉及一种小船燃料电池动力系统及其工作方法。

背景技术

燃料电池在当前研究中主要的目标是作为电动装置的能源来使用，但燃料电池本质上是一种能量转化装置，因此也出现了很多将燃料电池作为一个高效化学能与电能甚至热能的转换的环节的研究与开发，利用燃料电池的高效来优化整个能量转化系统的效率。比如，利用开发大功率的高温燃料电池来替代传统的锅炉燃烧，从而高效率地利用化石能源的能量。根据这种使用思路来开发燃料电池的使用方法，使得燃料电池的应用变得更加地多样化，比如改良传统的热电联产装置，利用燃料电池工作时的高温与发电来同时生产热能与电能，由此可大大减少装置的规模、提高能源利用率并更加地环保。

而相较于传统动力，燃料电池在船舶领域应用具有以下优势：

1)能效转换率高：相较于普通或者燃气轮机25％-40％的能效转换率(从输入燃料到输出电)，燃料电池的能效转换率在40％-50％之间，部分可达到60％以上。

2)“零排放”：以氢和甲醇为能源的燃料电池的排放物仅为水和二氧化碳，并没有高温燃烧过程，因此几乎不排放氮或硫的氧化物。符合了国际上各公约对船舶排放的限制。

3)燃料选择的多样化：氢，甲醇，天然气均可作为燃料电池的燃料，其来源广泛，无需担心燃料短缺问题。

4)加工难度低，运行平稳：燃料电池组由不同数量的单体燃料电池串联而成，可以根据要求配置成不同功率的电池组，加工精度较内燃机更低。且其短时过载能力较传统内燃机更强，可以达到额定功率的200％，不易“熄火”，运行平稳。

5)低噪音：燃料电池属于静态能量转换装置，噪声源仅来自于空气压缩机与冷却系统等辅助部件，没有传统内燃机在气缸内燃烧所产生的轰鸣，运行过程中振动较小，产生的噪声几乎可以忽略不计。

对于较大型船舶，燃料电池通常用于与柴油发电机组成混合动力系统或是直接用于辅助动力系统来进行工作。对于小型船舶，燃料电池系统已可以作为主推进系统工作并拥有实船测试的成功案例。需要指出的是，由于船舶氢燃料电池动力系统具有明显高于车用动力的输出功率需求，这意味着更高的燃料用量和更高的燃料电池堆模块的性能退化和故障概率。因此针对船舶燃料电池系统开发基于燃料电池子模块化的能量管理的监测和故障自排除技术的研究具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种小船燃料电池动力系统及其工作方法，以解决现有技术中小型船舶燃料电池系统性能退化和故障概率高，且故障排除难度大、成本高的技术问题。

本发明提供了一种小船燃料电池动力系统，包括：燃料电池动力模块组、数个备用燃料电池堆子模块、监控模块、供气组件、总控模块；所述燃料电池动力模块组包括数个燃料电池动力模块，所述燃料电池动力模块之间通过所述输出端口串联/并联；所述燃料电池动力模块包括数个小功率的燃料电池堆子单元、并接端口、输出端口，所述燃料电池堆子单元并接在所述输出端口上；一个所述备用燃料电池堆子模块并接入数个所述燃料电池动力模块的并接端口；所述监控模块分别与所述燃料电池堆子单元、备用燃料电池堆子模块连接；所述供气组件的进气管路与所述燃料电池堆子单元的进气口管路连接，所述供气组件的回气管路与所述燃料电池堆子单元的出气口管路连接；所述总控模块分别与所述燃料电池堆子单元、监控模块、供气组件连接。