近兩年隨著燃料電池研究的不斷深入，以燃料電池-鋰電池為推進系統(tǒng)的構(gòu)造模型，逐漸從原先的理論研究過渡到實證階段。相比較動力電池，燃料電池在輕量化，長航時及低溫特性等方面具備明顯的優(yōu)勢，同時可解決動力電池充電慢的問題。因此近兩年來，盡管新能源純電動車得到了飛速的發(fā)展，但依然局限在乘用車領(lǐng)域，而無法廣泛地應(yīng)用于重型卡車，長途客車，船舶及有軌電車等對續(xù)航里程和載荷重量有更高需求的領(lǐng)域。

燃料電池作為一種特殊類型的電池，其放電特性與鋰電池也大為不同。因此要加快普及燃料電池的應(yīng)用，除了解決氫氣存儲及運輸?shù)确矫娴膯栴}，工程師還需要在實驗室建立以燃料電池為主要動力源的系統(tǒng)模型，通過研究和仿真燃料電池的特性，驗證燃料電池動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。ITECH的FCS3000專用燃料電池模擬軟件正是為協(xié)助工程師建立燃料電池系統(tǒng)模型而推出的產(chǎn)品。

測試設(shè)備：FCS3000專用燃料電池模擬軟件

應(yīng)用案例：燃料電池推進系統(tǒng)的能源分配策略

一、燃料電池工作原理及輸出極化特性

1、燃料電池的工作原理

燃料電池的基本原理，簡單來說就是電解水的逆反應(yīng)。把氫氣和氧氣分別供給陽極和陰極，氫通過Pt催化劑生成氫離子，失去的電子通過外電路到達陰極，產(chǎn)生電能；與此同時，陽極側(cè)的氫離子通過質(zhì)子交換膜到達陰極與氧氣反應(yīng)生成水?？此坪唵蔚脑?，實現(xiàn)整個燃料電池系統(tǒng)的工作卻并不是那么簡單，需要配套氫氣罐、空壓機，加濕器和水泵裝置，這也意味著增加了工程師在實驗室搭建氫燃料電池動力系統(tǒng)的復(fù)雜度。

2、燃料電池極化特性

真實的燃料電池堆在實際工作中，其輸出電壓受到外部行駛工況的影響，當工況電流發(fā)生變化時，燃料電池堆的輸出電壓會逐漸減小，而非保持恒定的輸出。燃料電池極化特性曲 線包含三段，分別是電化學(xué)極化區(qū)，歐姆極化區(qū)及濃度差極化區(qū)。電化學(xué)極化區(qū)是由于燃料電池內(nèi)部活化反應(yīng)導(dǎo)致的電壓損耗；當實際拉載時，隨著拉載電流的不同，電壓會趨近與線性規(guī)律的減?。欢斃d電流大到一定值時，氫氣和氧氣供應(yīng)不及時，引起內(nèi)部濃度差的變化，電壓急劇跌落。電壓的跌落有可能會引起后級DC-DC升壓模塊的工作異常。

綜上，利用燃料電池仿真平臺替代真實的燃料電池，對工程師研究燃料電池動力系統(tǒng)具備重要的意義。

二、何為燃料電池動力系統(tǒng)？

典型的燃料電池動力系統(tǒng)，主要由燃料電池堆，氫氣罐，燃料電池DC-DC升壓模塊，鋰電池包以及能源分配控制單元構(gòu)成。在船舶或車輛啟動階段，燃料電池處于熱機準備狀態(tài)，由鋰電池包提供能量驅(qū)動電機；正常行駛中燃料電池為電機提供能量以及給電池包充電；加速過程中，燃料電池和鋰電池包共同為電機提供能量；制動過程中，回收的能量存儲于動力電池中。

看似簡單的工作邏輯，對于研究能源管理分配的工程師卻尤為復(fù)雜，算法工程師需要研究多種工況下的能量分配算法。例如在車輛加速行駛的情況下，假設(shè)電機需要80kW的總功率，那么當鋰電池包分別處于滿電量或低電量狀態(tài)時，如何分配鋰電池和燃料電池系統(tǒng)之間的輸出功率才能達到最佳的性能？其次當加速前進時，通過燃料電池極化特性曲線可知，隨著拉載電流的增大，燃料電池堆的輸出電壓會發(fā)生明顯跌落，進而影響到后級DC-DC升壓模塊的正常工作。

對于如此復(fù)雜的研究，使用真實的燃料電池或鋰電池包測試，不僅存在測試效率低、可控性差等問題，同時工程師還需要準備儲氫罐以及空壓機等額外的裝置，才能讓燃料電池正常工作。不斷消耗的氫氣也增加了測試成本，并降低了燃料電池的壽命。

三、利用FCS3000建立燃料電池系統(tǒng)模擬方案，簡化工程師的測試