一种船舶动力的燃料电池系统、热管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶动力的燃料电池系统、热管理系统及方法，属于燃料电池在船舶动力上的应用技术。该燃料电池系统采用主电堆和辅电堆并联输入到DC‑DC升压转换器，然后与锂电池并联到电气柜的直流母线上，电气柜中的DC‑AC逆变器将直流电能转化成交流电，用于驱动船用电机和螺旋桨。该燃料电池系统以电气柜汇集电堆和锂电池输出能量，以AC的形式输出。该燃料电池的热管理系统中，包括将辅电堆的热量用于主电堆的冷启动和怠速状态下，能够在保障船舶动力电能供应的基础上减少现有技术中冷启动过程对电堆的冷热冲击，以及所带来的膜电极失效等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃料电池技术，具体涉及一种船舶动力的燃料电池系统及热管理方法。

技术介绍

1、现有燃料电池系统的组成除一台电堆之外，还包括供氢模块、供氧模块、水管理模块和热管理模块，如图1所示。热管理模块的特征主要是将电堆发电时所产生的低质废热通过散热器排到空气中；此外，热管理模块中的冷却剂回路还包括小循环和大循环。小循环回路不通过冷却水箱，目的是通过在线加热器将有限体积的冷却剂和电堆的温度从低温或室温下提升到燃料电池的运行温度，同时将电堆产生的废热用于加热整个系统，便于燃料电池系统的快速启动。当燃料电池电堆开始运行后，再启用大循环回路将废热排出系统之外，以维持电堆的运行温度在65-75℃的最佳范围以内。

2、以上是车载燃料电池系统中热管理模块的主要特征。

3、燃料电池应用于在船舶动力系统有不同的要求。首先，电堆和系统的工作寿命必须达到4万小时以上，这比当前车载系统的最佳寿命2万小时高出了一倍；其次，因为动力船舱空间窄小，施工困难，如果因可靠性问题而更换船舶动力电堆的困难非常大；再次，单一电堆的设计使得整个船舶动力系统缺乏鲁棒性，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种船舶动力的燃料电池系统，包括主电堆、辅电堆和锂电池为船舶动力提供电源，其特征在于，该系统中，辅助电堆用于在船舶怠速状态下供电运行，所述辅助电堆的单电池片数与主电堆相同，且辅助电堆的活性面积为主电堆的5-50％，以保持在电气并联下的电压与主电堆相同。

2.根据权利要求1所述的船舶动力的燃料电池系统，其特征在于，根据船舶运行功率谱，辅助电堆和锂电池的混合动力能够覆盖0-60％左右的功率输出需求；其余40％的功率需求主要由主电堆、辅助电堆和锂电池的混合动力覆盖。

3.根据权利要求1所述的船舶动力的燃料电池系统，其特征在于，辅电堆和主电堆的功率输出范围限制在0.5...

【技术特征摘要】

1.一种船舶动力的燃料电池系统，包括主电堆、辅电堆和锂电池为船舶动力提供电源，其特征在于，该系统中，辅助电堆用于在船舶怠速状态下供电运行，所述辅助电堆的单电池片数与主电堆相同，且辅助电堆的活性面积为主电堆的5-50％，以保持在电气并联下的电压与主电堆相同。

2.根据权利要求1所述的船舶动力的燃料电池系统，其特征在于，根据船舶运行功率谱，辅助电堆和锂电池的混合动力能够覆盖0-60％左右的功率输出需求；其余40％的功率需求主要由主电堆、辅助电堆和锂电池的混合动力覆盖。

3.根据权利要求1所述的船舶动力的燃料电池系统，其特征在于，辅电堆和主电堆的功率输出范围限制在0.5-1.5a/cm2的电流密度范围内；

4.如权利要求1所述的船舶动力的燃料电池系统的热管理系统，其特征在于，该热管理系统包括主电堆和辅电堆，辅助电堆的小循环冷却回路与锂电池的冷却回路通过阀一联系在一起，用于辅助加热器在所述燃料电池系统启动之前同时提升锂电池和辅助电堆的温度；所述辅助电池的冷却液出口包括连接有三向阀一和三向阀二，通过三向阀一将辅助电堆的冷却液供应至主电堆，用于主电堆低温启动或待机的热量，使主电堆处于待机状态下的温度区间，所述的辅助电堆还通过三向阀一和三向阀三外连接至主电堆的冷却回路。

5.根据权利要求4所述的船舶动力的燃料电池系统的热管理系统，其特征在于，主电堆的冷却剂大循环回路包括换热器和水泵，水泵包括通过阀一连接至锂电池的冷却液循环回路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈婷，陈真，
申请(专利权)人：北京氢璞创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：