杨再明,高海波,林治国,卢炳岐,张泽辉,徐宏东

(武汉理工大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430063)

在节能减排的背景下，目前燃料电池是船舶最具前景的动力系统之一，国内外对燃料电池在船舶上应用进行了很多研究，如文献[1]研究了燃料电池在船舶中的储氢技术；文献[2]测试了燃料电池在船舶上应用的功能特性；文献[3]使用Matlab/Simulink对船舶燃料电池进行建模仿真实验，并制定相应的能量管理策略对其进行优化；文献[4]建立了包含燃料电池、DC/DC变换器、DC/AC变换器、船-机-桨、储能系统和能量管理系统的船舶推进系统数学模型，进行性能预测；文献[5]讨论了燃料电池在船舶中的储氢效率。

这些工作基本都是对单一的燃料电池作为能量源进行研究，但在实际的多变航行工况中，由于燃料电池无能量储存能力、冷启动困难、动态响应很慢以及输出电压特性偏软[6-7]，不能完全满足船舶功率需求。本文结合超级电容能大电流充放电，磷酸铁锂电池启动快且储存能力较强的特点，设计了以这2种元器件为核心的复合储能装置，辅助氢燃料电池满足多变的负荷需求。

1 多电混合系统的构建

本文选取以氢燃料电池为动力的德国客船 “Alsterwasser”号为母型船，该船船长25.56 m，宽5.2 m，吃水1.3 m，时速可达15 km/h，氢燃料电池的额定功率为80 kW，铅酸蓄电池为560 V/360 Ah。

母型船每天工作8 h，工作时刻表如表1所示，其中1 h的功率需求如图1所示，其1 d的负载功率是按如图1所示的功率输出重复8次。由图1、表1可看出船舶工作状态重复且工作时间较短，为了便于能量管理策略仿真分析，则选择其中360 s内典型工况，包含定速航行、加减速及停船工况，如图2所示。……