摘 要

柴油机已经发展了近百年。当前,柴油机在技术上仍然处于不断的改进和发展过程中。正是因为柴油机在舰艇中的广泛应用，以及中国舰艇所处的技术水平才使柴油机成为我国舰艇的主动力。随着对柴油机要求的不断提高，混合动力方案可以让发动机在更佳的工况范围内长时间工作，而在其他如启动和低负荷等高油耗的工况时，则使用电池和电机，从而达到节油的目的。

混合动力技术潜力巨大，但需要有效平衡技术进步和成本降低，如果成本没有竞争力，就会出现很大的问题，混合动力技术的发展要建立在内燃机和电动技术两方面共同进步的基础上。随着技术的进步，成本也会逐渐降低，这样就可以用新能源的方式去替代过去的方案，节约成本。

综上所述，质子交换膜燃料电池，固体氧化燃料电池等燃料电池即将成为未来船舶发动机不可或缺的一部分，在节能减排的大环境要求下，也可以达到节约成本，但是其制造成本和维护成本也很高，所以对其的监控系统也是必不可少的，优秀的燃料电池监控系统可以避免其遭到巨大的损坏，同时达到危险报警的功效，效果显著。

本文通过传感器接收参数，输入采集卡模拟量，运用kingview软件进行模拟诊断，实现燃料电池故障诊断，实施在线监控，以图形化的办法清晰地表现出电池系统的工作状态。主要介绍了对燃料电池氢系统的压力、温度、浓度的数据监控，以及简单的Kingview操作介绍，并实现船舶燃料电池的安全报警。并且对系统与外部设施进行通讯连接和全面实施网络化远程监控进行了一定的简单概述。

关键词：混合动力发动机；燃料电池；数据采集；数据监控；报警监控；远程监控

目录

第一章 绪论 6

1.1研究意义 6

1.2研究背景 6

1.3国内外现状 7

1.4工作内容 7

第二章传感器以及数据采集系统的确定 8

2.1传感器 8

2.1.1温度传感器 8

2.1.2压力传感器 8

2.1.3浓度传感器 9

2.2采集系统 9

第三章 系统的整体设计以及VIEWMKE 10

3.1工程建立 12

3.2画面设计 13

3.3变量定义 13

3.4动画连接 14

3.5命令语言 14

（1）设置充气阀口开关 14

（2）设置用气管路电磁阀 15

（3）设置气瓶排气管道电磁阀 15

3.6控件 15

3.7趋势曲线 16

3.8报警系统 16

第四章 I/O设备的机位通讯连接以及网络化监测 18

4.1 I/O设备 18

4.2通讯连接 18

4.3设备管理 19

4.4网络连接 19

4.5网络配置 19

4.6在IE浏览器端浏览 20

第五章 总结与展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1研究意义

节能环保已经成为全球公认的理念，船舶业也朝着电动化方向开始发展，新能源发动机在国家层面受到的关注度越来越高，并提出了内燃机与电机电池结合的混合动力才是未来的理念。燃料电池相比较于传统的内燃机，既为环境保护提供了一个新的思路，又可以为新能源的利用实现实践机会。质子交换膜燃料电池的能量转化率高，工作温度低，工作压力不高，性能稳定，被广泛认为是一种性能优越的电源选择。但是质子交换膜燃料电池也存在着许多问题，比如说环境温度过冷难以启动，输出电流对输出电压的影响较大，轻载效率低等，所以要加入蓄电池实现储能，以达到混合电源的形式。因此对燃料电池堆的监控显得尤为重要，通过实时监控燃料电池堆，蓄电池及系统运行状态，危险时刻报警，通过以上一系列的监控对船舶安全进行完善的保障。

1.2研究背景

在2010年的时候，美国的能源资源部门对一次高水平的科技商讨会以进行了授权，在这次研讨会当中人们得出了两个十分重要的结论，首先是在很长很长一段时间内，我们的内燃发动机仍然会再移动是动力装置保持着相当的地位，其次是内燃发动机的热量效率可以接受不到卡诺循环的任何限制，在很短的一段时间内可以达到百分之六十而在中长期的过程中可以趋近与百分之八十五。这个是在全世界范围内的基础研究而的出来的结果而做出的判断，对内燃发动机的发展前景有着十分高的愿景。

当前社会状况下的中国的火电发展占比仍然是超过于百分之七十的，通过发展新能源动力系统的发动机，以此来淘汰现有的内燃发动机是完全不合适的，也是十分危险的，抛弃内燃发动机就是一个根本性的错误，而且当今中国的发动机行业技术也不是以往能相提并论的了，不是大众想象当中的那种落后的发动机生产流程了，千万不要让中国的内燃发动机产业链出现巨大的问题而对国家的发展产生重大影响而最终留下不可磨灭的历史遗憾。

混合式动力的发展方案会使发动机在更加优越的工况环境下进行长时间的高效率工作，相较于其他的传统发动机而言，混和动力是发动机的优越性是明显的，就例如说在启动的时候，低负荷消耗的情况下，传统发动机的启动油耗是十分高的，而用电力启动的话，一方面可以减少高油耗所带来的污染，另一方面在使用电池可以达到节省油量的目的。

由于混合动力技术具有巨大的潜力，它的发展是建立于内燃发动机和电力发动技术两个方面一同完成有效地进步的条件情况下的，伴随着技术和研究的推进与进步，所有的成本都会慢慢的下降，在这种情况下其优势就有了明显的体现，所以对燃料电池的研究是至关重要的。

1.3国内外现状

至于国内外的现状，燃料电池已进入军事领域，其中包括潜艇AIP，无人潜水器和无人驾驶飞机。 AIP燃料电池已经可以完成充电和使用，其占比为国外潜艇AIP系统总使用量的百分之六十。 AIP潜艇是一个重要发展方向。 212/214德国潜艇，第五代俄罗斯潜艇、西班牙S80潜艇和法国梭鱼短翼潜艇均使用或决定使用AIP 柴油燃料电池发动机。日本国防部也正在研究和开发可用于下一代潜艇的水下燃料电池动力系统。 AIP燃料电池在效率，隐形和耐用性方面具有显着优势。与AIP系统相比，燃料电池的优势主要体现在：1、效率高达60％，大约是其他AIP电力系统的两倍，以及其超低的氧耗。2、使用旋转泵或替代泵。这样可以达到低噪音，以及良好的声音隐身性。3、质子交换膜燃料电池具有200摄氏度的低工作温度性，低的废气温度和良好的反红外的隐身性。与锂离子电池相比，只要潜水艇携带足够的氢气，燃料电池系统的耐久性理论上可以远高于锂离子电池。美国海军研究服务中心UU，它希望通过燃料电池技术将无人潜水器的耐久性提高到70天，相关系统仍处于研发阶段。

燃料电池的外国供应商主要分布在美国，日本，欧洲和澳大利亚，并已形成了制氢，储氢，装配和燃料电池的组装生产氢整个供应链系统和燃料电池应用。国外质子交换膜燃料电池巨头包括加拿大巴拉德公司，美国Prag能源公司等，其涵盖汽车的固定发电、叉车和燃料电池;固体氧化物燃料电池公司主要包括American Bloom Energy。CFCL澳大利亚的Prontonex已开发的动力系统为潜艇，潜水器和无人驾驶飞机，其中一些已经在使用燃料电池。

自1950年代以来中国已研发的燃料电池堆有75到125年的发展进程，中国已经在研发质子交换膜燃料电池，包括催化剂的各种组件的发展取得了长足进步，进一步于质子、双极交换膜板和电解质都取得了进展。以大连鑫源电力，上海神力科技，三环集团等为代表的燃料电池研发公司他们采取了初步形式，但总的来说还存在一些问题。