基于单一氢燃料的全方位作业燃料电池动力系统

传统柴油发电电源存在环境适应性差、发电效率低、噪声大，用能方式单一，保障性差，运输困难。当面临瞬息万变的复杂的环境，以及越来越精密化、多样化任务时，特别在高寒、高温、高湿度、高盐分的作业环境下，传统电力系统将难以担负重任。新形势下对电力系统、动力系统提出了高环境适应性、长续航力、高比功率、高隐身性的发展需求。

解决方案

燃料电池是一种清洁高效的发电技术，其优势主要体现在：

①具有高功率密度和高能量密度，电池堆质量功率密度和体积功率密度均大于锂电、铅电；

②电池的反应产物为水，没有黑烟和有毒气体排放，是理想的清洁可靠能源供给源；

③噪音相对于柴油发电机小，一般小于60 dB或更低，远低于柴油发动机的100 dB；

④燃料电池发电本质为电化学过程，没有燃烧等剧烈放热反应，具有较强隐蔽性。

燃料电池动力系统将有着更广的作业范围、更高的效率、更优越的隐身性、更强的控制力及灵活性。

基于新形势下的新需求，团队开发以下四项主要成果：

①以燃料电池为核心动力的无人水面船舶系统：针对燃料电池无人船的轻重量、高续航、长寿命需求，开展长续航燃料电池无人水面船舶系统研究；

②氢空燃料电池携行保障电源：针对携行保障电源的轻量化、长续航、多地域需求，重点开展可适应高寒环境的高功率密度氢空燃料电池技术研究；

③燃料电池应急电源系统：针对备用电源系统的高环境适应性需求，开发适用于高寒、高温、高湿度、高盐分的燃料电池应急电源系统；

④燃料电池无人车：针对交通运载工具动力系统清洁化、低碳化需求，开发燃料电池观光车。

主要技术要点包括：

①开发高比功率燃料电池电堆减轻动力系统重量；

②探究燃料电池衰减机制并提出稳定化运行策略以解决长时间运行带来的性能衰减问题，大幅度提升无人船的长期连续性工作能力；为满足巡航动力需求提供技术支撑；

③采用高燃料利用率船用燃料电池动力系统设计和智能匹配技术提升能量利用效率增强续航；

④通过高比功率电堆的优化设计与保障电源一体化设计，提高系统的电效率及功率密度；

⑤通过研究氢空燃料电池高寒环境下的传热传质协同强化技术，突破高寒环境下氢空燃料电池启动困难的问题，提高氢空燃料电池高寒环境适应性，实现基于氢空燃料电池系统的电源在-40℃环境下长期存储与快速启动。

图1 成果展示

技术指标

表1 主要成果技术指标表