作为燃料电池电动车关键的燃料电池发动机系统主要由燃料电池堆、氢气供给系统、空气供给系统、冷却水管理系统、报警系统、通讯系统和控制器这七局部组成。燃料电池有许多种类,根据所用电解质性质不同可分为5类:。采用燃料电池做能源的电动汽车叫做燃料电池电动汽车,即 Fuel Cell ElectricVehicle ( FCEV).单独的燃料电池电堆是不能应用于汽车的,它必须由电堆的各个子系统和电堆控制器组成燃料电池发动机才能向外输出功率.燃料电池电动汽车的主要结构主要由整车控制器、燃料电池发动机、DC/DC转换器、镍氢电池包、驱动系统、车轮等部件组成,各部件通过CAN总线组成一个分布式控制系统,信号传输介质为光纤.燃料电池是FCEV的主要能源,镍氢电池包作为辅助电源。燃料电池发动机和镍氢电池包并联组成一个高压直流电源。驱动系统由电机(含减速器)和电机控制器组成。氢能技术的发展需要借助科技创新和政策支持。海南燃料电池发动机系统厂商
除电堆以外,燃料电池发动机还需要一系列辅助系统才能实现其功能。其中控制系统通过高精度调节反应气体的压力及流量等使得电堆中的反应始终维持在输出功率、温度、湿度均合适的水平,保证发动机稳定可靠工作;氢气和空气供给系统是为电堆提供合适压力、温度、湿度、流量的氢气与空气;水热管理系统用于保持燃料电池内部水平衡和热平衡。此外,燃料电池发动机系统配备由车载高压储氢瓶和配套阀件组成的车载氢系统用于储存燃料,以及用于实现燃料电池与整车高压之间解耦的DC/DC变换器。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》,氢能将成为中国能源体系重要组成部分,2050年能源体系中占比约10%,氢气需求量达6000万吨,加氢站10000座以上,氢燃料汽车产量达500万辆/年,行业发展前景广阔。浙江氢能源实训室建设企业氢气发电的效率高、排放少、无噪音等特点,可以被普遍应用。
燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子,电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料气反应,构成回路,产生电流。同时,由于本身的电化学反应以及电池的内阻,燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也作为氧化还原反应的催化剂。
燃料电池发动机系统高压电安全非常重要,除了系统设计安装时对电气间隙和爬电距离设置安全距离外,还涉及燃料电池堆内部冷却液的导电性(电导率),燃料电池发动机系统在运行过程中会析出离子增加冷却液的导电性,降低整个系统的安全性。因此需要实时监控燃料电池发动机系统的绝缘性。当前国家标准对燃料电池发动机系统的绝缘要求为≥100Ω/V(GB/T25319-2010)。根国家标准对燃料电池发动机系统绝缘电阻值的安全要求,在设计时可以在绝缘电阻检测系统中设置两级报警(400V平台为例):一级报警为绝缘电阻≤100k,二级报警为绝缘电阻≤50k。当发生一级报警时,上报故障;当发生二级报警时,强行切断高压电并上报故障。氢气燃料电池汽车的推广需要建立完善的充电基础设施。
燃料电池汽车的运行并不是一个稳态情况,频繁的启动、加速和爬坡使得汽车动态工况非常复杂。燃料电池系统的动态响应比较慢,在启动、急加速或爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求。在实际燃料电池汽车上,常常需要使用燃料电池混合电动汽车设计方法,即引入辅助能源装置(蓄电池、超级电容器或蓄电池十超级电容器)通过电力电子装置与燃料电池并网,用来提供峰值功率以补充车辆在加速或爬坡时燃料电池输出功率能力的不足。另一方面,在汽车怠速、低速或减速等工况下,燃料电池的功率大于驱动功率时,存储富余的能量,或在回馈制动时,吸收存储制动能量,从而提高整个动力系统的能量效率。氢气的生产和利用需要注意安全措施,避免事故发生。浙江氢能源实训室建设企业
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氧气供给系统,作用是提供反应所需的氧,可以是纯氧,也可以用空气。氧气供给系统可以用马达驱动的送风机或者空气压缩机,也可以用回收排出余气的透平机或压缩机的加压装置。水管理系统,可以将阴极生成的水及时带走,以免造成燃料电池失效。对于质子交换膜燃料电池,质子是以水合离子状态进行传导的,需要有水参与,而且水少了还会影响电解质膜的质子传导特性,进而影响电池的性能。热管理系统,作用是将电池产生的热量带走,避免因温度过高而烧坏电解质膜。燃料电池是有工作温度限制的。外电路接通形成电流时,燃料电池会因内电阻上的功率损耗而发热(发热量与输出的发电量大体相当)。热管理系统中还包括泵(或风机)、流量计、阀门等部件。常用的传热介质是水和空气。海南燃料电池发动机系统厂商
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