燃料电池发动机系统-零部件篇
【干货】国内外燃料电池电堆及组件全景图谱
【干货】国内外燃料电池电堆及组件全景图谱时间：2019-08-23 10:03:53电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。
将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。
电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
图1氢燃料电池电堆构成国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等。
也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业，例如奥迪（采用加拿大巴拉德定制开发的电堆）和奔驰（采用奔驰与福田的合资公司AFCC的电堆）。
乘用车因为空间限制，目前只能采用高压金属板电堆的技术方案。
目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard和Hydrogenics，欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品，已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验，这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能，Ballard还与广东国鸿设立了合资企业生产9SSL电堆。
此外还有一些规模较小的电堆开发企业，例如英国的Erlingklinger，荷兰的Nedstack等，在个别项目有过应用，目前产能比较有限。
国内能够独立自主开发电堆并经过多年实际应用考验的只有大连新源动力和上海神力两家企业，大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线，与上汽合作，开发了荣威950乘用车和上汽V80客车。
上海神力成立于1998年，是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业，目前两家都建成了燃料电池电堆中试线，正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。
另外有一些新兴的燃料电池电堆企业，例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等，也开发出燃料电池电堆样机和生产线，正处于验证阶段。
燃料电池空气供给系统之空压机
2020/12/9
空气供给系统
3.1 离心式空压机
(1) 优点 ①结构紧凑，易损件少，维修量少，运转周期长。 ②转速高，气流速度大，机器尺寸小，重量轻，占地面积小，投资省，运行安全可靠。 ③运行平稳，排气量大，气流平稳，排气均匀无脉冲，振动小，基础受力均匀。 ④机内不需润滑，气体不易被润滑油所污染。密封效果好，泄漏现象少。 ⑤有平坦的性能曲线和较为宽广的平稳运行操作范围。 ⑥能长周期连续运转。 (2) 缺点 ①操作的适应性较差，工作区域窄，气体的性质对操作性能有较大的影响。 ②气流速度大，流道内的零部件表面有较大的摩擦损失； ③有喘振现象，对机器具有极大的危害
2020/12/9
空气供给系统
3.2 螺杆式空压机
原理：通过在螺杆之间形成压缩腔，公母螺杆之间的容腔逐渐缩小，气体家里逐渐升高，称之为“内 压缩”。螺杆压缩机的工作循环可分为吸气过程（包括吸气和封闭过程）压缩过程和排气过程。随着转子 旋转每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环，为简单起见我们只对其中的一对齿进行研究。
1.吸气过程
随着转子的运动，齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，这个齿间容积的扩大在其内部形成了 一定的真空，而此时该齿间容积仅仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中。在随后的转子 旋转过程中，阳转子的齿不断地从阴转子的齿槽中脱离出来，此时齿间容积也不断地扩大，并与吸气口 保持连通。随着转子的旋转齿间容积达到了最大值，并在此位置齿间容积与吸气口断开，吸气过程结束。 吸气过程结束的同时阴阳转子的齿峰与机壳密封，齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间 中，即封闭过程。
2020/12/9
空气供给系统
3.2 螺杆式空压机
2.压缩过程
随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减少，被密封在齿间容积中的气体所占据的体 积也随之减少，导致气体压力升高，从而实现气体的压缩过程。压缩过程可一直持续到齿间容积即将与 排气口连通之前。
《氢燃料电池发动机冷却系统建模分析及控制策略研究》范文
《氢燃料电池发动机冷却系统建模分析及控制策略研究》篇一一、引言随着现代汽车工业的飞速发展，新能源汽车特别是以氢燃料电池作为动力源的汽车逐渐成为研究的热点。
其中，氢燃料电池发动机的冷却系统是确保其高效稳定运行的关键部分。
本文旨在通过对氢燃料电池发动机冷却系统进行建模分析，并深入研究其控制策略，以期为优化冷却系统设计提供理论基础和实践指导。
二、氢燃料电池发动机冷却系统建模（一）系统结构概述氢燃料电池发动机的冷却系统主要由散热器、水泵、温度传感器、冷却液等组成。
其中，散热器负责将发动机产生的热量传递给外界空气；水泵则负责驱动冷却液在系统中循环；温度传感器则用于实时监测发动机及冷却系统的温度。
（二）建模方法及步骤建模过程中，我们采用物理原理和数学方法相结合的方式，首先确定系统各组成部分的物理特性及相互关系，然后建立数学模型。
具体步骤包括：确定系统输入输出关系、建立微分方程或差分方程、设定初始条件和边界条件等。
（三）模型验证及分析模型建立后，我们通过实验数据对模型进行验证。
通过对比实验数据与模型输出，分析模型的准确性和可靠性。
同时，我们还对模型进行参数敏感性分析，以了解各参数对系统性能的影响程度。
三、控制策略研究（一）控制策略概述针对氢燃料电池发动机冷却系统的控制策略，我们主要研究的是基于模型的预测控制、模糊控制及PID控制等。
这些控制策略旨在实现对冷却系统温度的精确控制，以确保发动机在高负荷和不同环境温度下都能保持稳定运行。
（二）预测控制策略预测控制策略基于系统模型，通过预测未来时刻的系统状态，提前调整控制输入，以实现更好的控制效果。
在氢燃料电池发动机冷却系统中，我们采用基于模型的预测控制策略，根据当前温度和预测的温度变化，调整水泵的转速和散热器的风扇转速，以实现精确的温度控制。
（三）模糊控制策略模糊控制策略是一种基于规则的控制方法，适用于具有非线性、时变和不确定性的系统。
在氢燃料电池发动机冷却系统中，我们采用模糊控制策略来处理温度传感器可能存在的误差和干扰。
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍燃料电池电动汽车是利用燃料电池作为能源，将化学能转化为电能驱动电动汽车运行的一种新型汽车。
它与传统的内燃机汽车相比，具有零排放、高效能、低噪音等优点，是未来新能源汽车发展的重要方向之一、下面将介绍燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分。
1.燃料电池堆：燃料电池堆是燃料电池电动汽车的核心部分，它由多个燃料电池单元组成。
每个燃料电池单元由两个电极、电解质膜和电催化剂组成。
当燃料（常用的是氢气）和氧气通过不同的电极与电解质膜反应时，产生电子和离子。
电子通过外部电路传导出去驱动电动汽车运行，而离子则通过电解质膜传递，保持正负电荷平衡。
2.燃料供应系统：燃料供应系统主要包括氢气储存器、氢气传输管道和氢气喷射器。
燃料电池电动汽车使用氢气作为燃料，因此需要一个氢气储存器来存放氢气，并通过传输管道将氢气输送到燃料电池堆。
氢气喷射器将氢气注入燃料电池堆，参与反应转化为电能。
3.氧气供应系统：氧气供应系统主要包括氧气传输管道和氧气供应单元。
氧气传输管道将外界的空气输送到燃料电池堆，供给氧气参与反应。
氧气供应单元通常为污染物捕获装置，可以有效地过滤和吸收空气中的杂质和污染物，保证氧气的纯度和质量。
4.控制系统：燃料电池电动汽车的控制系统包括电池管理系统（BMS）、氢气控制系统和水管理系统。
电池管理系统主要用于监测和管理燃料电池堆的工作状况，保证系统的安全稳定运行。
氢气控制系统用于控制氢气的供给和喷射，确保燃料电池堆的正常运行。
水管理系统主要用于控制燃料电池堆内的水循环，保持电解质膜的湿润状态。
5.动力系统：燃料电池电动汽车的动力系统主要由电动驱动系统和能量回收系统组成。
电动驱动系统由电动机、电机控制器和传动装置组成，将电能转化为机械能驱动车辆前进。
能量回收系统通过回收制动能量和洗涤水的余热能量等，将废能量转化为电能，提高能源利用效率。
除了以上的主要结构和组成部分，燃料电池电动汽车还包括车身结构、悬挂系统、转向系统等其他常规汽车的组成部分。
燃料电池汽车及关键零部件发展报告
燃料电池汽车及关键零部件发展报告
一、概述
随着政策的大力扶持和产业化进程的加速，我国国产燃料电池零部件产业链已经建立，技术水平有显著提升。
燃料电池汽车作为一种新型环保汽车，其核心部件为燃料电池，通过氢气和氧气的化学作用直接变成电能动力，而产生的副产品主要是水，极大地减少了对环境的污染。
二、燃料电池及其关键零部件
燃料电池电堆是燃料电池的核心部件，成本占比最大。
电堆的核心零部件包括膜电极和双极板。
膜电极是燃料电池发生电化学反应的场所，由质子交换膜、催化剂与气体扩散层结合而成，是燃料电池电堆的核心部件，对电堆的性能、寿命和成本具有关键影响。
双极板则是电堆中的另一个核心部件，其作用是提供气体流道，防止氢气与氧气混合，同时将电流导出。
目前，国产膜电极关键技术指标接近国际先进水平，但在专业技术特性、产品实现能力、批量化生产工艺方面还存在差距。
然而，我国的燃料电池电堆技术正在不断提升，据GGII数据，我国燃料电池设备市场规模由2019年的6.6亿元增长至2020年的10.6亿元，同比增长61%。
受疫情影响增速有所放缓，但市场规模仍达到11亿元。
三、政策支持与技术进步
随着国家对新能源汽车的支持力度不断加大，政策加码和技术进步已成为推动我国燃料电池汽车及关键零部件发展的主要动力。
未来，我国燃料电池设备市场有望恢复快速增长的发展态势。
四、结论
我国的燃料电池汽车及关键零部件产业正处于高速发展阶段，得益于政策的大力扶持和产业化进程的加速。
虽然在一些关键技术上还有一定的差距，但通过不断创新和努力，我们有信心实现国产燃料电池汽车的快速发展和广泛应用，推动我国新能源汽车产业的健康发展。
燃料电池主要部件
燃料电池主要部件
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，主要由以下几个部件构成：
1. 正极（阳极）：正极通常是由氢气或者其他可燃气体供应的，通常使用贵金属（如铂）催化剂，帮助催化氢气中的氢离子。
2. 负极（阴极）：负极是通过氧气或者空气供应的，通常使用氧化剂如氧气接受电子并与氢离子结合生成水。
3. 电解质膜：电解质膜位于正极和负极之间，用于分隔正负极，并且只允许阳离子通过，从而防止正负极直接接触。
4. 双极板：双极板通常位于正负极和电解质膜之间，用来传导电子和离子。
5. 冷却系统：燃料电池产生的反应会产生热量，需要通过冷却系统将热量带走，以维持电池的正常工作温度。
6. 氢气储存器：对于需要氢气作为燃料的燃料电池，还需要一个氢气储存器来存储和供应氢气。
这些主要部件共同作用，实现了将化学能转化为电能的过程，并且能够持续地为电子设备等提供电能。
氢燃料电池发动机系统的组成
氢燃料电池发动机系统的组成
氢燃料电池发动机系统通常由以下几个主要组成部分组成：
1. 燃料供应系统：主要包括氢气储存罐、氢气供应系统、氢气压力调节阀和氢气流量控制阀等。
燃料供应系统负责将氢气从储存罐中输送到燃料电池堆中。
2. 燃料电池堆：燃料电池堆是氢燃料电池发动机系统的核心部件，由多个氢气与氧气反应产生电能的燃料电池单元组成。
燃料电池堆将氢气与氧气反应生成电力，并产生水作为副产品。
3. 控制系统：控制系统用于监测和控制氢燃料电池发动机系统的运行状态。
包括氢气和氧气供应的控制、氢气流量、温度和压力的监测以及电力输出的调节等。
4. 辅助系统：辅助系统包括冷却系统、空气供应系统、水管理系统等。
冷却系统用于控制燃料电池堆的温度，保持其在合适的工作温度范围内。
空气供应系统负责将氧气输送到燃料电池堆中，以供氢气进行反应。
水管理系统用于处理燃料电池堆产生的水副产品，保持燃料电池堆的湿度和水平衡。
5. 电力输出系统：电力输出系统将由燃料电池堆产生的直流电转换为交流电，并通过电动机等装置驱动车辆的运行。
电力输出系统还包括能量回收和储存装置，用于在制动或怠速时回收和存储剩余能量。
以上是氢燃料电池发动机系统的基本组成部分，具体的系统配置和组成可能会因不同的应用和设计而有所差异。
燃料电池发动机各项参数分析
燃料电池发动机各项参数分析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。
当燃料为碳氢化合物时，阳极要求有更高的催化活性。
阴、阳两极通常为多孔结构，以便于反应气体的通入和产物排出。
电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。
为阻挡两种气体混合导致电池内短路，电解质通常为致密结构。
1、动力性动力性是指燃料电池发动机为整车提供动力输出的能力及与之密切相关的性能,主要反映了燃料电池发动机设计和评价人员对于其满足整车行驶､加速､爬坡和用电要求的评价｡动力性指标对于燃料电池动力系统设计､参数匹配､燃料电池汽车整车动力性指标等都具有十分重要的指导和参考意义｡衡量燃料电池发动机动力性的主要指标包括:额定净输出功率､过载功率及过载功率持续时间､体积比功率､质量比功率｡（1）、额定净输出功率燃料电池发动机在制造厂规定的额定工况下能够持续工作的净输出功率,即燃料电池堆输出功率减去辅助系统消耗功率后所剩的功率,单位为千瓦(kW)｡额定净输出功率反映了燃料电池发动机在最常用的额定工况下为整车提供功率输出的能力｡（2）、过载功率及过载功率持续时间过载功率反映了燃料电池发动机在最高车速下的后备功率输出能力,仍然由车辆行驶的功率平衡方程可知,它决定了整车在极限工况下的动力学性能｡过载功率持续时间与过载功率成对使用,单位为秒(s)｡（3）、体积比功率燃料电池发动机单位体积能够输出的额定功率,单位为kW/L｡体积比功率反映燃料电池系统设计的空间紧凑程度,与汽车总布置形式密切相关｡（4）、质量比功率燃料电池发动机单位质量能够输出的额定功率,单位为kW/kg或W/kg｡质量比功率也称为功率密度,反映燃料电池系统轻量化设计水平,对汽车轻量化设计具有重要意义｡体积比功率和质量比功率是燃料电池发动机的重要性能指标,能够反映其系统集成度｡2 、经济性经济性是指燃料电池发动机在满足其他方面要求的前提下,尽可能少地消耗能源和成本的性能｡经济性指标对于提高燃料电池汽车续驶里程､降低燃料电池发动机和燃料电池汽车的成本并促进其商业化具有重要意义｡经济性主要指标包括:额定功率下的发动机效率､额定功率氢消耗率､怠速氢消耗率､有效氢利用率及单位功率成本等｡（1）、额定功率下的发动机效率燃料电池发动机在额定功率输出时,净输出功率与进入燃料电池堆的燃料热值(低热值)之比｡该指标为最常用的衡量经济性的指标｡（2）、额定功率氢消耗率燃料电池发动机在额定功率输出状态下单位时间的氢消耗量,单位为g/s｡额定功率氢消耗率与燃料电池汽车的续驶里程密切相关｡（3）、怠速氢消耗率燃料电池发动机在怠速状态下单位时间的氢消耗量,单位为g/s｡燃料电池汽车工况复杂多变,而怠速是汽车经常遇见的情况｡尽管在混合动力系统中,燃料电池系统怠速与车辆的怠速并不同时出现,而且通过优化系统配置和控制策略可以大幅减少怠速时间,但是怠速工况仍然会出现｡（4）、有效氢利用率有效氢利用率是燃料电池发动机在正常工作条件下,由燃料电池堆通过电化学反应转换为水的氢气占总共所加注氢气的质量百分比｡有效氢利用率通常小于100%,主要是由于阳极排放造成的｡提高有效氢利用率,不但有利于提高燃料经济性,而且也有助于减少排氢｡3 、动态响应特性动态响应特性是指燃料电池发动机在非稳态工况下的快速响应能力｡燃料电池汽车工况复杂多变,功率需求变化较大,要求燃料电池发动机有好的动态响应特性以及时满足整车动力需求｡动态响应特性的指标包括:启动时间､零下冷启动时间､平均功率加载速率及0%-100%额定功率响应时间等｡（1）、启动时间燃料电池发动机在室温下(25℃)从开始启动到进入怠速的响应时间,单位为s｡（2）、零下冷启动时间燃料电池发动机在低于0℃温度下从开始启动到进入怠速的响应时间,单位为s｡在同样的低温下,该时间越短,燃料电池发动机的动态性越好｡（3）、平均功率加载速率燃料电池响应整车控制器功率需求,给出的可以进行变加载的速率,单位为kW/s。
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成燃料电池电动汽车动力系统由燃料电池发电机、变速箱、电动机驱动器、主动安全装置、电控系统和电池组组成。
燃料电池发电机是燃料电池电动汽车动力系统的核心，它可以根据汽车的动力需求，将氢气产生的电能转换成可以驱动汽车的电能。
变速箱是汽车变速系统的一部分，它可以根据汽车的驾驶状态进行调节，以确保有效利用电池发出的动力。
电动机驱动器是将燃料电池发电机实现汽车驱动的重要部件，它可以将电能转换成机械动力，从而使汽车发动机输出更大的动力。
主动安全装置负责确保汽车的行驶安全，它可以检测汽车油门位置，以及汽车转速和实时的行驶速度，以便及时调整汽车的动力输出，避免发生意外情况。
电控系统是汽车动力系统的重要部分，它可以根据驾驶者的操作，控制燃料电池的动力输出，以及汽车发动机的驱动方式，确保汽车行驶安全可靠。
电池组是汽车电源的重要部件，它可以储存最大限度的电能，并由电控系统控制充放电，以提供汽车持续的行驶动力。
氢燃料电池发动机系统的组成
氢燃料电池发动机系统的组成以氢燃料电池发动机系统的组成为标题，本文将详细介绍该系统的各个组成部分。
一、氢燃料电池发动机系统概述氢燃料电池发动机系统是一种新型的动力系统，它利用氢气和氧气的化学反应产生电能，驱动电动机工作，从而实现车辆的动力输出。
该系统的主要组成部分包括燃料电池堆、氢气供应系统、氧气供应系统、电控系统和辅助系统等。
二、燃料电池堆燃料电池堆是氢燃料电池发动机系统的核心部分，它由多个燃料电池单元组成。
每个燃料电池单元由阳极、阴极和电解质膜三部分组成。
氢气在阳极侧与催化剂反应产生电子和氢离子，氧气在阴极侧与电子和氢离子发生反应生成水。
电子通过外部电路流动，产生电能驱动电动机工作，而氢离子通过电解质膜传递，维持电化学反应的进行。
三、氢气供应系统氢气供应系统负责将储存的氢气输送到燃料电池堆中。
该系统由氢气储存罐、氢气泵、氢气净化器和氢气传感器等组成。
氢气储存罐用于储存氢气，氢气泵将氢气压缩后输送至燃料电池堆，氢气净化器用于去除氢气中的杂质，氢气传感器用于监测氢气的浓度。
四、氧气供应系统氧气供应系统负责将空气中的氧气输送到燃料电池堆中。
该系统由氧气泵、氧气净化器和氧气传感器等组成。
氧气泵将空气中的氧气压缩后输送至燃料电池堆，氧气净化器用于去除氧气中的杂质，氧气传感器用于监测氧气的浓度。
五、电控系统电控系统是氢燃料电池发动机系统的大脑，负责控制和监测系统的运行。
它由主控制器、传感器和执行器等组成。
主控制器接收来自各个传感器的信号，根据系统的工作状态调整氢气和氧气的供应量，同时监测系统的运行情况并进行故障诊断和保护。
六、辅助系统辅助系统包括冷却系统、加热系统和湿度调节系统等，它们的作用是保证燃料电池堆的正常运行。
冷却系统通过循环冷却剂将燃料电池堆产生的热量带走，防止过热；加热系统在低温环境下提供热能，提高燃料电池堆的工作效率；湿度调节系统用于调节燃料电池堆的湿度，保持适宜的工作条件。
氢燃料电池发动机系统的组成包括燃料电池堆、氢气供应系统、氧气供应系统、电控系统和辅助系统等。
燃料电池发动机的基本组成及其功能
燃料电池发动机的基本组成及其功能燃料电池发动机是一种能够将化学能转化为电能的设备，通常用于驱动电动汽车。
它由多个功能组件组成，每个组件都有特定的功能，为整个系统的运行提供支持。
燃料电池发动机的基本组成包括：燃料电池堆、氢气供应系统、氧气供应系统、以及辅助系统。
首先，燃料电池堆是燃料电池发动机的核心部分。
它是由多个燃料电池单元组成的，每个单元都由正极（氢气供应系统）、负极（氧气供应系统）以及电解质层组成。
当氢气进入正极时，在催化剂的作用下，氢气分解为氢离子和电子。
同时，氧气进入负极，与电解质层中的氢离子结合，形成水。
电子通过外部电路，通过与氢离子结合生成水的负作用力产生电流。
因此，燃料电池堆的主要功能是将燃料氢气和氧气转化为电能。
其次，氢气供应系统是将储存的氢气提供给燃料电池堆的重要组成部分。
氢气供应系统由氢气储存罐、氢气流量控制器和氢气纯化器组成。
氢气储存罐用于储存氢气，在需要时向燃料电池堆供应氢气。
氢气流量控制器用于调节氢气流量，确保氢气的稳定供应。
氢气纯化器用于去除氢气中的杂质，以保证其质量和纯度。
因此，氢气供应系统的主要功能是提供清洁、纯净的氢气。
再次，氧气供应系统是将大气中的氧气供应给燃料电池堆的关键组成部分。
氧气供应系统包括氧气输送管道、空气滤清器和涡轮增压器。
氧气输送管道将大气中的氧气输送到燃料电池堆的负极。
空气滤清器用于去除空气中的灰尘和杂质，以保证氧气的纯度。
涡轮增压器通过增加氧气的压力，提高氧气的供应效率。
因此，氧气供应系统的主要功能是提供高纯度的氧气，并优化其供应效率。
最后，辅助系统是为了保证燃料电池发动机的正常运行而配备的系统。
辅助系统包括冷却系统、废气处理系统以及控制系统。
冷却系统用于保持燃料电池堆的合适温度，以提高其性能和寿命。
废气处理系统用于处理生成的废气，确保其排放符合环保要求。
控制系统用于监测和控制燃料电池发动机的运行，保证其在安全和高效的条件下工作。
因此，辅助系统的主要功能是确保燃料电池发动机的正常运行和安全性。
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经过燃烧直接转化为电能，即通过电化学反应将化学能转化为电能，实际上就是电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能。
燃料电池的反应不经过热机过程，因此其能量转换效率不受卡诺循环的限制，能量转化效率高;它的排放主要是水非常清洁，不产生任何有害物质。
因此，燃料电池技术的研究和开发备受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪的洁净、高效的发电技术之一。
燃料电池电动汽车的主要结构纯燃料电池车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率附和都有燃料电池承担。
燃料电池汽车多采用混合驱动形式，在燃料电池的基础上，增加了一组电池或超级电容作为另一个动力源。
燃料电池的基本组成有：电极、电解质、燃料和氧化剂。
燃料可以是氢气(H2)、甲烷(CH4)、甲醇(CH3OH)等，氧化剂一般是氧气或空气，电解质可为酸碱溶液(H2SO4、H3PO4、NaOH等)、熔融盐(NaCO3、K2CO3)、固体聚合物、固体氧化物等。
与普通电池不同的是，只要能保证燃料和氧化剂的供给，燃料电池就可以连续不断地产生电能。
燃料电池电动汽车的组成部分1、燃料电池发动机(FCE)：主要由燃料电池堆、进气系统、排水系统、供氢系统、冷却系统、电堆控制单元和监控系统组成。
此为主要动力源。
2、动力蓄电池组：辅助动力源。
3、电流变换器：交直流变换。
4、动力总成：传递动力、换档。
5、氢气系统：提供氢气。
6、动力控制单元：动力控制、故障诊断。
燃料电池电动汽车除了在车身、控制器及驱动系统等方面面临着与电动汽车相同的问题之外，在其储能动力源——燃料电池方面还有较多问题急需解决，氢燃料电池在氢燃料制取、储存及携带等方面以及非氢燃料电池的重整系统的效率、体积、质量大小及反应速度等方面的技术还需进一步提高。
燃料电池工作原理、分类及组成-图文精选全文
在五六十年代，阱-空气燃料电池曾作为军用电源大力开发。
这种电池最主要的缺点是阱具有极高毒性、价格昂贵。而 且，这种电池系统需要大量辅助设备，这不仅需要消耗电 池所产生功率中的相当大一部分，而且在电池正常工作前 必须启动这些辅助设备。
因此，尽管在理论上阱氧化产生的能量比大多数其他燃料 要大得多，但阱电池在商业上似乎不大可能有重要用途。
因此与PEMFC相比，在DMFC阳极结构与作燃料时，由于阳极室充满了液 态水，DMFC质子交换膜阳极侧会始终保持在良好的 水饱和状态下。
但与PEMFC不同的是，当DMFC工作时不管是电迁 移还是浓差扩散，水均是由阳极侧迁移至阴极侧， 即对以甲醇水溶液为燃料的DMFC，阴极需排出远 大于电化学反应生成的水。
其应用目标是便携式电源及交通工具用动力电 源。
在燃料电池系统中采用液体燃料是吸引各种商业用 户的有效途径之一。
因为液体燃料储运方便，易处置。曾经考虑用作 AFC系统的液体燃料有阱（N2H4）、液氨、甲醇和 烃类。
由于AFC系统通常以KOH溶液作为电解质，KOH与某 些燃料可能产生的化学反应使得AFC几乎不能使用 液体燃料。
PAFC结构
PAFC系统
AFC
碱性燃料电池
碱性燃料电池的设计基本与质子交换膜燃料电池相似，但其使用的电 解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质。电化学反应：
阳极： 2H 4OH 4H2O 4e 阴极： O2 2H2O 4e 4OH
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此启动也很快，但其电力密度 却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得笨拙。 不过，它们是燃料电池中生产成本最低的，因此可用于小型的固定发 电装置。
隔膜材料
• PAFC的电解质封装在电池隔膜内。隔膜材料目前采用微孔结构隔膜， 它由SiC和聚四氟乙烯组成，写作SiC-PTFE。新型的SiC-PTFE隔膜 有直径极小的微孔，可兼顾分离效果和电解质传输。
大功率燃料电池发动机系统
大功率燃料电池发动机系统
大功率燃料电池发动机系统是一种利用燃料电池技术产生电能，并通过电能驱动车辆的系统。
这种系统具有较高的功率输出能力，适用于需要较高功率的应用领域，比如电动汽车和重型交通工具等。
大功率燃料电池发动机系统由以下主要组件组成：
1. 燃料电池堆：燃料电池堆是将氢气和氧气进行氧化还原反应，产生电能的核心装置。
它通常由多个燃料电池单元组成，每个单元包含正负极板、电解质和催化剂等组件。
2. 燃料供应系统：燃料供应系统负责将氢气供应到燃料电池堆中。
这通常涉及储存氢气的储氢罐、氢气输送管道和氢气调节阀等设备。
3. 氧气供应系统：氧气供应系统负责将空气中的氧气供应到燃料电池堆中。
这通常包括氧气进气口、过滤器和氧气输送管道等设备。
4. 冷却系统：冷却系统用于将燃料电池堆中产生的热量散发出去，保持系统的稳定运行温度。
冷却系统通常包括散热器、水泵和冷却循环管道等设备。
5. 电子控制系统：电子控制系统用于监控和控制整个燃料电池发动机系统的运行。
它包括电池管理系统、控制器和传感器等设备。
大功率燃料电池发动机系统具有很多优点，例如零排放、高能量密度、低噪音和可持续性等。
然而，目前该技术仍面临着一些挑战，如氢气存储和供应、成本和可靠性等方面的问题，需要进一步的研发和改进。
燃料电池发动机结构
燃料电池发动机结构
燃料电池发动机结构是一种新型的发动机结构，它可以将氢气和氧气
化学反应产生的电能转化为机械能，从而驱动车辆行驶。
下面我们来
分步骤阐述燃料电池发动机结构的组成和工作原理。
首先，燃料电池发动机一般由以下几个部分组成：
1. 氢气及氧气供应系统：该部分主要包括氢气储存罐、氧气聚集器、
压缩机等设备。
2. 燃料电池：燃料电池是整个系统的核心部分，它由阴极、阳极和电
解质膜组成，通过化学反应产生电能。
3. 电控系统：电控系统主要由电子控制器、电池管理系统等组成，负
责整个系统的控制和管理。
4. 辅助部件：辅助部件包括冷却系统、循环水系统等，可以保证整个
系统的稳定运行。
其次，燃料电池发动机的工作原理如下：
当驾驶员启动车辆时，氢气储存罐中的氢气经过压缩机压缩，然后进
入阴极侧，经过电解质膜后与来自氧气聚集器中的氧气发生化学反应，产生电子和水。
而电子则流经外部电路，从而驱动车辆运动。
注意，由于燃料电池发动机的化学反应是在阴、阳极之间通过电解质
膜进行的，因此它不像燃油发动机一样有“排放”这一步骤。
另外，
由于燃料电池发动机只需要氢气和氧气这两种环保的燃料，因此可以大量减少二氧化碳、氮氧化物等有害物质的排放。
总之，燃料电池发动机结构的优点在于环保、高效、无噪音等，这也是未来汽车发展的重要方向之一。
氢燃料发动机工作原理介绍
三、电堆工作原理
阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换 膜作为传递H+的介质，只允许H+通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。 电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配 至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
电堆
2.1、电堆
双极板
质子交换膜
碳布/碳纸
催化剂
Байду номын сангаас.2、氢气供给循环系统
氢气供给循环系统是由减压阀、电磁阀和氢气回流泵、氢气浓度传感器及管路组 成。 来自气瓶中的高压氢气经过减压阀使得氢气压力降低，通过电磁阀控制氢气进入 电堆，氢气回流泵将电堆反应后剩余的氢气回收重新输入电堆中，提高氢气能源 利用率。
二、氢燃料发动机组成部件
氢燃料电池发动机是由电堆、氢气供给循环系统、空气供给系统、水热管理系统 、电控系统和数据采集系统六大组成部分。
2.1、电堆
电堆作为氢燃料电池发动机的核心部件，氢气与氧气发生化学反应产生电能 的场所。
电堆由双极板和膜电极两大部分组成，催化剂、质子交换膜和碳布/碳纸构 成了膜电极。
三、电堆工作原理
由于质子交换膜只能传导质子，因此氢离子（即质子）可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子 只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。 以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载 时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电 压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。
21电堆双极板质子交换膜催化剂22氢气供给循环系统氢气供给循环系统是由减压阀电磁阀和氢气回流泵氢气浓度传感器及管路组来自气瓶中的高压氢气经过减压阀使得氢气压力降低通过电磁阀控制氢气进入电堆氢气回流泵将电堆反应后剩余的氢气回收重新输入电堆中提高氢气能源利用率
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二、氢气供给系统
2.5 汽水分离器 质子交换膜燃料电池中，对阳极出来的混合水汽进行汽水分离并排出液态水的装置称为
汽水分离器。许多液态水进入电堆内会造成阳极水淹。另外阳极循环中累计的水也会加重氢 循环泵/引射器的工作负荷，降低其性能甚至导致故障。因此，在燃料电池系统中使用汽水分 离器是必要的。
维强化树脂层（下图③）组成，在储氢密度和轻量化上，均有很大的改善，为目前主要使用
的氢气瓶。
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二、氢气供给系统
2.1 氢气瓶 简单介绍下III型和IV型氢气瓶：III型为铝制内胆，外面包覆碳纤维，使用压力主要有35
MPa、70 MPa两种，目前我国主要使用此种氢气瓶，且压力主要为35 MPa，70 MPa虽已研制 成功但没有批量应用；IV型氢气瓶为塑料内胆，高密度聚合物，使用压力为70 MPa，国外多 家汽车公司已成功研制并应用，其中丰田的Mirai汽车便采用IV型氢气瓶。另外，现在还有V 型无内胆纤维缠绕的氢气瓶，目前尚处于研发阶段，此处不做介绍，感兴趣的可自行查阅相 关资料。
当然，除了高压气态储氢方式外，还有多种储氢方式，比如低温液态储氢、金属氢化物 储氢、有机液体储氢，但由于储氢密度、成本、安全等多方面的限制，目前尚难大规模应用， 不过随着技术的不断提升，轻量化、高压力、大容量的储氢方式会不断涌现！
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二、氢气供给系统
2.2 过流阀 过流阀也叫节流阀，是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀
一、氢燃料电池发动机系统简介
释 义 ： 氢 燃料电池是一种将氢气和氧气通过电化学反应 直接转化为电能的发电装置 ， 而 将 其 应 用 于 汽 车 领 域 代 替传统燃油发动机后，又被成为氢燃料电池发动机。
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系统构成（如左图所示）： • 氢气供给系统（绿色方框） • 空气供给系统（蓝色方框） • 反应电堆（紫色圆框） • 热管理系统（橙色方框） • 电控系统（本次不做介绍） • 数据采集系统（本次不做介绍）
二、氢气供给系统
2.4 氢气循环泵 另外，引射器也是氢气循环的方案之一，引射器是一种利用射流使不同压力的流体混合，
来传递能力和质量的装置，相比于氢气循环泵，引射器无移动部件、结构简单、运行可靠， 而且无寄生功率，最大优势在于节省能耗，并且引射器的体积能做到氢气循环泵的三分之一， 但实际成本还不到氢气循环泵一半，其原理如下图所示，当然，引射器还是存在一定问题， 就是低功率负载下引射效果不佳，这也是国内外都在积极探索以弥补此缺陷。
和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵 液压系统中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速系统，即进油路节流调速系统、回 油路节流调速系统和旁路节流调速系统。
基本构成如右图所示
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二、氢气供给系统
2.3 减压阀 通过调节，将进口压力减至某一需要的出
二、氢气供给系统
氢气供给系统是实现氢气存储，向电堆提供合适压力、流量和湿度的氢气以满足车辆行
驶的所有零部件的构成，主要包括氢气瓶、瓶口阀、过流阀、过滤器、减压阀、截止阀、汽
水分离器、氢气循环泵及， 造成应力集中，超过钢的 强度极限，在钢内部形成 细小的裂纹，又称白点。
口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压 力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点 看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流 元件，即通过改变节流面积，使流速及流体 的动能改变，造成不同的压力损失，从而达 到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的 调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡， 使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。
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二、氢气供给系统
2.3 减压阀 由于燃料电池电堆对进入气体压力的稳定性有较高要求，但在电堆变载变流量和储气
压力不断下降的情况下，减压阀阀后压力较难控制，除了选择高稳定性的阀外，使用喷射 器也是一个改善方向。喷射器是高频电磁阀的一种，通过高速开断并控制每次脉冲排放的 流量从而控制流经阀的总量，杜绝了储氢压力的影响，满足变载需求，稳定了进气压力
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二、氢气供给系统
2.4 氢气循环泵 在燃料电池反应堆中，输入进的氢气并不能完全参与反应，未参与反应的氢气若直接排
出，资源的浪费是一方面，更重要的是氢气易燃易爆，直接排出有安全隐患！ 氢气循环泵的作用，就是将未反应充分的氢气进行再循环使用。 目前氢气循环泵主要分为罗茨式（左图）、爪式两种结构（右图）。 罗茨氢泵具备大流量、噪音高（108dB）的特点，适合物流、重卡等载货汽车。 爪式氢泵：流量约300-400L/min，其噪声水平较低（75dB），适合载人的轿车、大巴车
2020/10/9氢燃料电 Nhomakorabea发动机系统
零部件篇
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一、氢燃料电池发动机系统简介 二、氢气供给系统
2.1 氢气瓶 2.2 过流阀 2.3 减压阀 2.4 氢气循环泵 2.5 汽水分离器 三、 空气供给系统 3.1 空压机 3.2 中冷器 3.3 增湿器 四、 电堆 4.1 双极板 4.2 膜电极 五、热管理系统 5.1 去离子器 5.2 散热模块
车载储氢中，高压气态储氢是最常见、最普遍的储氢方式，目前，高压气态储氢容器主
要分为纯钢制金属瓶（I型）、钢制内胆纤维缠绕瓶（II型）、铝内胆纤维缠绕瓶（III型）及
塑料内胆纤维缠绕瓶（IV型）4个类型，其中I型和II型由于氢气密度低，氢脆问题严重，不能
够满足车辆需求；III型和IV型通过内胆（下图①）、碳纤维强化树脂层（下图②）和玻璃纤
其工作原理是利用流体转向过程时汽液的比重不同，液体下沉与气体分离。在利用挡板 时，通常用挡板使流体转向；而在离心式式汽水分离器中，液体被高速气流甩到容器壁上， 这些液体失去动能后实现与气体分离；还有的利用过滤或冷凝实现气液分离。不同气液分离 原理的设计可以集成在一个气液分离器中使用。
等汽车。
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二、氢气供给系统
2.4 氢气循环泵 爪式氢气循环泵有两个朝相反方向旋转的爪形转子，爪形转子吸入、压缩、排出气体，
转子不会相互接触或与外壳接触，转子和腔室外壳之间的间隙极小，可保证内部具有良好的 密封性，也可保证一直维持较高的体积流量。
工作原理如下图所示：
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