潜艇燃料电池aip系统技术发展现状

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1、化剂输送到燃料电池本体电堆，通过两种物质在质子交换膜两侧催化剂表面进行化学反应将化学能直接转化为电能。在高速航行时，以柴电系统作为潜艇的动力源；低速航行时，以FC/AIP系统作为动力源。FC/AIP系统由燃料电池本体、氢源、氧源、辅助系统和管理系统组成(图1)⑸。氢燃料可以以高压气态、液态、金属氢化物、有机氢化物和吸氢材料强化压缩等形式储看⑹。FC/AIP系统的储氢量决定了潜艇的续航力。金属氢化物因高体积密度和高安全性是目前最适台潜艇FC/AIP系统的储氢方式。把储氢合金放在一定温度和压力下置于氢气气氛屮时，就可以吸收大量的氢气，生成金属氢化物。而加热条件下，金

2、属氢化物又释放出氢气，利用储氢台金对氢气的可逆吸附来实现对氢气的储存。相对于氢燃料，氧源的存储技术比较成熟。相对于其它储氧方式，液氧具有体积小、重量轻、结构简单、没有运动部件等优点，是目前最适合艇用化的储氧方式⑺。辅助系统主要包括水收集系统、惰性气体保护、冷却系统等。潜艇燃料电池AIP系统技术发展现状方芳姚国富刘斌任擦(屮国船舶重工集团公司第七一二研究所，武汉430064)摘要：本文介绍了潜艇用燃料电池AIP系统的基本原理、系统组成和国内外潜艇用FC/AIP系统技术的发展现状。国外燃料电池AIP系统技术的研究与应用相对成熟，而在国内还处于起步阶段。中图分类号：T

3、M911.4文献标识码：A文章编号：1003-4862(2011)08-00016-03TheDevelopmentofFuelCellAirIndependentPropulsionSystemforaSubmarineFangFang,YaoGuofu,LiuBin,RenNie(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion,CS1C,Wuhan430064,China)Abstract:Inthispaper,basicprinciple,systemconfigurationandthedevelopmentofsub

4、marinefiielcellairindependentpropulsionarereviewed.TheresearchandapplicationofFC/AIPsystemoverseaisrelativelymature,andtheresearchofdomesticisatthebeginning.Keywords:fuelcell(FC);airindependentpropulsion(AIP);currentstatus潜艇是我国海军的主要装备之一，如何增加潜艇的水下续航力，减少暴露率具有重要意义。近十年来，潜艇用非核AIP(AirIndep

5、endentPropulsion)系统技术的发展非常迅速，其小燃料电池A【P(FC/AIP)系统发展最具潜力⑴。相对于斯特林发动机，燃料电池具有低噪音、低红外、没有痕迹(燃料电池产物为水，期特林发动机需要排放CO、CO2),运行寿命长，能量转换效率高(最高可达80%)等优点必叫談在不明显增加潜艇排水量和主尺度，不降低潜航水下最高航速的前提下，增加潜艇的水下续航離力⑷。因此燃料电池的开发研究受到世界各国政府和科学家的重视。其屮，质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于能量密度高、安全耐用，特别适用于潜艇AIP系统⑴。1系统组成潜艇用FC/AIP的基本原理是：将氢燃料和

6、氧收稿日期：2011-03-12作者简介：方芳(1974-),女，工程师，专业方向：船船电气。管理系统包括氢气供给、氧气供给、尾气管理、气体增湿、控制单元、DC/DC变换单元、安全管理等模块。图1燃料电池电站示意图2国外现状潜艇用FC/A1P系统的发展己经走过了三个阶段：第一阶段，由于20世纪60年代燃料电池在航空航天领域成功运用，各国对其在潜艇上的运用产生一浓厚兴趣，美国、瑞典等先后投入了大量的人力、物力、财力对其进行研究，但由于当时的技术工艺水平尚不能达到实用要求，不久就停止了研允工作。第二阶段是20世纪70年代，日本进行了大量的开发研制工作，后来也因为种种

7、原因停止了。第三阶段是20世纪80年代后，德国加大了FC/A1P系统的研究力度，并成功将FC/AIP系统装备到潜艇上，引起了各国的关注，各国随后都加大了FC/AIP系统的投入。目前，在德国、俄罗斯等国家，燃料电池已成功应用于潜艇AIP系统，其中徳国潜艇燃料电池的研制在世界上一直处于领先地位，其212A型和214型潜艇代表着FC/AIP系统的最高水平。212A型潜艇装备的质子交换膜燃料电池模块由德国西门子公司提供⑺。为防止反应物泄露，燃料电池模块被放置在耐压容器中，容器中充满了3.5Pa压力的氮气。212A型潜艇上燃料电池模挟共有9个，总输出功率306kWo该型潜

8、艇装备滋储氢合金钢瓶由德