能源与环境问题受到社会越来越多的关注,清洁能源混合动力船舶成为船舶行业实现节能减排的重要途径。其中,氢燃料电池混合发电系统具有效率高、无污染等特点,更具应用前景。相比单一能源动力结构,混合动力增加了系统的复杂性,如何协调不同动力源之间的特性,使其在不同工况下能够快速响应负载需求、最大化运行效率并且确保船舶安全,成为目前混合动力系统研究的关键技术之一。[1]针对一艘蓄电池推进的原型船,设计其燃料电池、蓄电池和超级电容混合动力系统,并采用一种基于小波变换和模糊控制的智能控制策略对各个动力源的输出进行优化。其中小波变换可以根据各个动力系统的特性进行功率分配,模糊控制能够保证动力系统满足船舶的功率需求。该策略能够延长燃料电池和锂电池的使用期限,并满足船舶经济安全运行的需求。

随着社会的发展，人们对环境和能源的关注度逐渐提升，各行各业都在寻求高效，节能减排的方法和措施。根据英国劳式船级社最新发布的《通向2050年的低碳之路》研究报告，在全球二氧化碳排放总量中，海运界当前的二氧化碳排放量可达2.33％之多。此外，船舶每年可向大气排放氮氧化物（NOx)约650万吨、硫氧化物（SOx)约600万吨，且燃油费用占船舶运营总成本的40％。2013年，我国二氧化硫排放总量的8.4％和氮氧化物总排放量的11.3％即源于航运业。在当前化石能源减少，全球气候变暖的背景之下，航运业面临较大节能减排压力。为了适应国际国内新形势需要，建设绿色船舶已经成为船舶行业未来发展的一个主要方向，其中最具有革命性和代表性的技术便是新型能源的应用。

然而尽管燃料电池有很多优点，缺点同样明显，这些缺点限制了它的推广和应用。其主要优点和缺点：

（1）没有储能能力，燃料电池并非储能元件，虽然有的文献中，采用多余的电能通过电解水法制取氢气从而再被燃料电池加以利用的方法使燃料电池间接成为储能元件，但这种方法经济性和效率方面都弱于蓄电池和超级电容等储能元件。

（2）动态响应性能较差。在负载变化为频繁时，氧气的供应速度会滞后于负载变化的速度，因而单独依赖燃料电池不能满足船舶的功率需求。此外，负载的快速波动可能会导致电池燃料供应不足或过多，隔膜干化以及压力不均衡等情况，从而损坏燃料电池系统，缩短其使用寿命。

（3）目前燃料电池造价昂贵，由燃料电池单独供能需要增加燃料电池的尺寸和功率。从而增加系统成本和氢气供应量。

（4）氢能的储存和运输较为困难，由于氢气的最低着火能很低，且爆炸范围较大，因此需要对氢燃料电池发电系统进行安全性设计。

（5）目前燃料电池所能达到的功率较小，在大功率设备上应用受到限制，其成本的降低和功率的提高有待技术进步。[2]

燃料电池的这些缺点使其在船舶上的应用受到限制，目前，燃料电池和储能系统组成的混合动力系统具有能减少系统成本，增强动态系统性能，延长使用寿命以及储存多余能量等特点，可以在一定程度上弥补其缺点。

在船舶上应用的储能装置主要有飞轮，畜电池和超级电容等，考虑到实际应用的可行性，新能源船舶通常选择蓄电池和超级电容作为储能装置。畜电池和超级电容各有优势，通过智能控制算法，两者的结合能够弥补各自不足，因而本文采用燃料电池、蓄电池和超级电容混合动力系统作为船舶的动力。[3]