鄭州燃料電池整車動(dòng)力系統(tǒng)方案

來源: 發(fā)布時(shí)間:2023-08-26

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī),將氫和氧經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。一般包括燃料電池堆、氣體輸配和回收系統(tǒng)、散熱和加濕系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)、氫氣安全系統(tǒng)、輔助電源、電能輸出系統(tǒng)??捎糜谲囕v、航空航天和水下等裝置的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電源和輔助動(dòng)力。因?yàn)槿剂想姵睾弯囯姵囟急环Q為電池,所以大家一般喜歡拿它倆進(jìn)行比較,但將燃料電池稱為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)似乎更容易被理解,并且拿它與內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行比較更為適合一些。二十世紀(jì)的汽車工業(yè)毫無疑問是內(nèi)燃機(jī)的天下,以汽油、柴油或天然氣為燃料,通過“燃料”和“氧氣”燃燒(化學(xué)反應(yīng))將化學(xué)能轉(zhuǎn)為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛。使用氫能技術(shù)可以減少大氣污染,改善環(huán)境狀況,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。鄭州燃料電池整車動(dòng)力系統(tǒng)方案

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作為能量轉(zhuǎn)換裝置的氫燃料電池根據(jù)電化學(xué)原理將儲(chǔ)存在氫氣和氧氣中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。因此,其實(shí)際過程是氧化還原反應(yīng)。氫燃料電池主要由4部分組成,即陰極、陽極、外部負(fù)載和電解質(zhì)。氫氣和氧氣分別通過氫燃料電池的陽極流道和陰極流道進(jìn)入電池內(nèi)部,經(jīng)過氣體擴(kuò)散后到達(dá)電極催化層。氫氣在陽極上失去電子,電子通過外部負(fù)載流到陰極與氧氣結(jié)合生成離子。氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成:氫燃料電池系統(tǒng)由電堆、空氣供給系統(tǒng)、氫氣供給系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)組成。氫燃料電池的集成設(shè)計(jì)目標(biāo)是將氫燃料電池零部件按照工作原理及設(shè)計(jì)要求,布置在氫燃料電池電堆周邊合理的位置,通過支架、硅膠管和殼體機(jī)械結(jié)構(gòu)將各個(gè)子系統(tǒng)零部件合理的連接起來,組成一個(gè)剛性整體,之后完成氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的集成。四川氫能技術(shù)服務(wù)公司電話氫氣在制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和利用等方面都存在技術(shù)難題。

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燃料電池系統(tǒng)需要加濕反應(yīng)氣體,對(duì)于采用質(zhì)子交換膜的燃料電池系統(tǒng)而言,氣體反應(yīng)物的相對(duì)濕度對(duì)膜的性能的影響是至關(guān)重要的。膜傳輸質(zhì)子時(shí)需要質(zhì)子以水合離子的形式存在,而干燥的膜不具備傳導(dǎo)質(zhì)子的能力。因此,對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行加濕以保證質(zhì)子交換膜的濕潤(rùn),是增加質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力不可缺少的方法。增加反應(yīng)氣體的相對(duì)濕度會(huì)提高質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率,降低膜電阻,從而提高燃料電池系統(tǒng)的輸出性能;但相對(duì)濕度過高也容易導(dǎo)致燃料電池堆內(nèi)部發(fā)生水淹,從而影響其性能。現(xiàn)在燃料電池堆采用的加濕技術(shù)主要分為內(nèi)部加濕、自加濕和外部加濕三種。內(nèi)部加濕是利用燃料電池反應(yīng)生成的水和水在質(zhì)子交換膜內(nèi)的傳遞特性,實(shí)現(xiàn)膜的自增濕;自加濕法是將催化鉑金微粒子加入質(zhì)子交換膜中,在燃料電池發(fā)電時(shí),依靠膜內(nèi)自動(dòng)生成的水來增濕;外部加濕是在燃料電池之外加上一個(gè)部件,使水蒸氣和反應(yīng)氣體同時(shí)進(jìn)入電池組中。

燃料電池系統(tǒng)是專門為燃料電池汽車設(shè)計(jì),作為其主供電模塊的電源系統(tǒng),具有設(shè)計(jì)合理、功率密度高、可靠性好、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。氫氣不含有碳,燃燒后不產(chǎn)生CO2。氫氣可以通過太陽能、風(fēng)能等可再生能源獲得,被認(rèn)為是理想的能源或能源載體。氫氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料時(shí),極易實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒,排放污染物少,熱效率高。早在100 多年前,英國(guó)科學(xué)家就提出用氫為燃料的理論,但這一理論主要用于利用氫反應(yīng)發(fā)電的原理制成質(zhì)子交換膜燃料電池。隨著氫燃料技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,出現(xiàn)了將氫氣直接作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的應(yīng)用,這種氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車比上述電動(dòng)車更符合“氫燃料汽車”或“燃?xì)淦嚒钡姆Q謂。氫燃料主要用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī),國(guó)內(nèi)外都有報(bào)道稱已研制成 100%使用氫燃料的汽車,但實(shí)際應(yīng)用的氫燃汽車大多采用氫與汽油或柴油混合的燃料。氫能技術(shù)可用于汽車、發(fā)電和加熱等領(lǐng)域,其應(yīng)用前景廣闊。

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燃料電池系統(tǒng)指用于車輛、游艇、航空航天及水下動(dòng)力設(shè)備等作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電源或輔助動(dòng)力,通過電化學(xué)反應(yīng)過程將反應(yīng)物(燃料和氧化劑)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能的系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)原理如圖3-1所示,整個(gè)燃料電池系統(tǒng)由燃料電池堆、空氣供應(yīng)子系統(tǒng)、氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)、水熱管理子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)組成。燃料電池堆是整個(gè)系統(tǒng)電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所,其他子系統(tǒng)主要是相互協(xié)調(diào)確保燃料電池堆的電化學(xué)反應(yīng)能夠正常、高效可靠地工作。燃料電池堆由多個(gè)單體電池、隔板、冷卻板、進(jìn)氣歧管等構(gòu)成,是把富氫氣體和空氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)生成直流電,并同時(shí)產(chǎn)生熱、水等其他副產(chǎn)物的總成。燃料電池堆由多個(gè)單體電池以串聯(lián)方式層疊組合而成。將雙極板與膜電極三合一組件 (MEA)交替疊合,各單體之間嵌入密封件,經(jīng)前、后端板壓緊后用螺桿緊固拴牢,即構(gòu)成質(zhì)子交換膜燃料電池堆。氫氣燃料電池汽車是未來汽車發(fā)展的一個(gè)重要方向。四川氫能技術(shù)服務(wù)排名

氫能技術(shù)還需要解決環(huán)保和安全等問題,保障其健康有序的發(fā)展。鄭州燃料電池整車動(dòng)力系統(tǒng)方案

燃料電池系統(tǒng)的主要研究熱點(diǎn)包括:使用輕質(zhì)材料,優(yōu)化設(shè)計(jì),提高燃料電池系統(tǒng)的比功率;提高PEMFC系統(tǒng)快速冷啟動(dòng)能力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能;研究具有負(fù)荷跟隨能力的燃料處理器;對(duì)電池或超級(jí)電容、氫氣存儲(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)的效率和調(diào)峰能力,回收制動(dòng)能量等。 燃料電池系統(tǒng)除燃料電池本體(發(fā)電系統(tǒng))外,還有一些周圍裝置,包括燃料重整供應(yīng)系統(tǒng)、氧氣供應(yīng)系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、直流-交流逆變系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。燃料重整供應(yīng)系統(tǒng),作用是將外部供給的燃料轉(zhuǎn)化為以氫為主要成分的燃料。如果直接以氫氣為燃料,供應(yīng)系統(tǒng)可能比較簡(jiǎn)單。若使用天然氣等氣體碳?xì)浠衔锘蛘呤汀⒓状嫉纫后w燃料,需要通過水蒸氣重整等方法對(duì)燃料進(jìn)行重整。而用煤炭作燃料時(shí),則要先轉(zhuǎn)換為以氫和一氧化碳為主要成分的氣體燃料。用于實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)換的反應(yīng)裝置分別稱為重整器、煤氣化爐等。鄭州燃料電池整車動(dòng)力系統(tǒng)方案

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