氢燃料电池汽车动力系统与储氢系统的研究
燃料电池氢气的制取、储存及安全管理研究
摘要：采用氢气作为燃料的电池汽车其火灾事故的防范重点就是防止氢气的泄漏及防静电。
燃料电池车自身的防火安全包括氢供应系统、整车用氢系统及车库安全，以防泄漏、防静电、电气防爆为主。
参照国内外相应的规定和标准进行燃料电池加氢站防火间距设计。
介绍电力设施的区域划分及安全措施。
关键词：储存和管理；氢能源；燃料电池；安全措施Abstract：The key of fire prevention when use hydrogen to fuel cell powered vehicle is to prevent hydrogen leakage and static electricity．Fire safety of fuel cell powered vehicles includes fire safety of the hydrogen supply system ，vehicle hydrogen system and garage．Leakage，static electricity and explosion should be prevented mainly．Fire break design of Hydrogen refueling station of fuel cell was clone referencing relative standards in both China and other countries．The regional division and safety measures of power facilities were introduced．Key words：fire；hydrogen energy resource；fuel cell；security m -easures当前，能源和环境问题正成为制约各国经济持续发展的重要因素。
作为世界上仅次于石油化工的第二大产业——汽车工业也因此在悄然发生改变，一种以氢气为燃料的燃料电池汽车正成为该行业的发展方向，从而备受世界各国政府及产业界的高度重视。
氢能源电池车的基本架构
氢能源电池车的基本架构一、引言氢能源电池车作为新能源汽车的一种重要类型，以其零排放、高能量密度和迅速加注等优点逐渐受到人们的关注和青睐。
为了更好地理解氢能源电池车的基本架构，本文将从整体架构、燃料电池系统和储氢装置三个方面展开讨论，并分享个人对氢能源电池车发展的观点和理解。
二、整体架构氢能源电池车的整体架构主要由以下几个组成部分组成：1. 氢气贮存装置：用于储存氢气的装置，通常采用高压氢气罐或液态氢储存技术，保证车辆能够长时间运行。
2. 燃料电池系统：是氢能源电池车的核心，负责将氢气和氧气在电化学反应中转化为电能。
一般由燃料电池堆、氢气输送系统、氧气输送系统和冷却系统等组成。
3. 动力电池组：用于储存燃料电池产生的电能，保证车辆在短时间内能够提供高功率输出。
4. 电动驱动系统：将电能转换为机械能，驱动车辆行驶。
通常包括电动机、变速器和驱动轮等。
5. 控制系统：用于监控和控制氢能源电池车的各个部分，确保其正常运行。
控制系统还负责能量管理、能量回收和能量优化等功能。
三、燃料电池系统作为氢能源电池车的核心部分，燃料电池系统主要由以下几个组成部分构成：1. 燃料电池堆：是氢能源电池车的核心组件，由多个单元燃料电池串联组成。
燃料电池堆的主要功能是将氢气和氧气在电化学反应中生成电能。
2. 氢气输送系统：负责将储存在氢气贮存装置中的氢气输送至燃料电池堆，通常包括氢气流量控制器和氢气管道等部分。
3. 氧气输送系统：将大气中的氧气输送至燃料电池堆进行反应。
氧气输送系统通常包括空气滤清器和空气增压泵等。
4. 冷却系统：由于燃料电池在工作过程中会产生热量，需要通过冷却系统将热量散发出去。
冷却系统通常采用循环水冷却或氢气冷却的方式。
四、储氢装置为了满足氢能源电池车长时间运行的需求，必须配置适当的储氢装置。
目前常见的储氢装置包括高压氢气罐和液态氢储存技术。
1. 高压氢气罐：通常采用碳纤维增强复合材料制成，能够承受高压氢气的压力。
燃料电池电动车车载供氢系统
缩短加注时间并提高便捷性
研发快速加注技术
开发高压、大流量的氢气加注技术，缩短加注时间，提高使用便 捷性。
建设加氢基础设施
加大加氢站建设力度，形成完善的加氢网络，方便用户随时随地加 注氢气。
推广车载储氢系统标准化
推动车载储氢系统标准化进程，降低不同车型之间的加注难度和成 本。
车载供氢系统采用先进的氢气储存和供应技术，能够保证氢气在储存、
运输和使用过程中的安全性，避免发生氢气泄漏、爆炸等安全事故。
03
推动燃料电池电动车商业化进程
车载供氢系统的研发和应用，为燃料电池电动车的商业化进程提供了有
力支持，促进了燃料电池电动车在公共交通、物流运输等领域的推广应
用。
PART 02
车载供氢系统组成与原理
车载供氢系统关键技术分 析
REPORTING
WENKU DESIGN
氢气储存技术
1 2 3
压缩氢气储存
通过高压将氢气压缩储存于储氢罐中，具有储存 密度高、充放氢速度快等优点，但需要解决高压 安全问题。
液态氢气储存
将氢气冷却至极低温度使其液化，具有储存密度 更高的优点，但技术难度和成本较高，且存在蒸 发损失问题。
布局设计
需考虑氢气在管路中的流动阻力、压 力损失等因素，确保氢气加注顺畅。
管路材质
需采用耐高压、耐腐蚀、密封性好的 材料。
氢气压力调节与控制系统
压力传感器
实时监测储氢罐和管路中 的氢气压力。
压力调节阀
根据车辆需求和氢气压力 情况，自动调节氢气的供 给量。
控制系统
对氢气加注、压力调节等 过程进行精确控制，确保 系统安全、稳定、高效运 行。
氢能源系统中的储氢技术研究
氢能源系统中的储氢技术研究近年来，人们在寻找一种替代传统化石能源的替代品，以应对能源危机和环境污染等问题。
在这方面，氢能源备受关注，并被誉为是未来能源的大势所趋。
然而，氢能源也面临着很多技术挑战，其中最重要的问题之一就是储氢技术。
在储氢技术中，最主要的挑战是如何安全、有效地将氢气储存起来，并在需要时供应到用户手中。
为此，储氢技术研究成为氢能源系统发展的必要环节。
一、氢气在氢能源系统中的储存方式储氢技术通常被分为三大类：压缩、液化和固态储氢。
其中，压缩与液化是传统的储氢技术，而固态储氢则是近年来备受关注的一种新型储氢技术。
1. 压缩储氢技术压缩储氢技术是将氢气压缩到高压（通常为350 - 700 bar）的储氢方式。
这种储氢方式具有占用空间小、使用方便等优点，适用于小型元件中的氢气储存。
但是，由于氢气的低密度和高渗透性，其储存需要不断地进行保压维持和检修，而氢气的压缩过程也需要消耗大量的能量，这使得该储氢方式在大规模应用时存在较大的技术和经济挑战。
2. 液化储氢技术液化储氢技术是将氢气压缩到极高的压力（通常为700 bar甚至更高），并在低温（通常为-253℃）下使其液化。
液化储氢技术具有储存密度高、使用方便等优点，适用于大型化工和储氢站等场合。
但是，由于液化氢温度低，氢气的液化过程需要消耗大量的能量，同时，氢气的液化、储存和供应中需要进行严格的安全控制，这也使得液化储氢技术在大规模应用上面临着很多技术和经济挑战。
3. 固态储氢技术固态储氢技术是将氢气通过化学和物理作用储存在特殊的固态材料中。
该技术是当前储氢技术研究领域最为活跃的领域之一，其优点是储存效率较高、对环境友好等。
目前该技术主要有金属水化物储氢法、碳材料储氢法等，但是，固态储氢技术中的储氢量相对较低，实现商业化应用还需要更加深入的研究。
二、氢气储存技术的研究现状当前，氢气储存技术的研究正处于加速发展时期。
在美国、欧洲等发达国家，政府和企业都在积极推进和投资氢气储存技术的研究，研究的方法和手段也越来越多元化。
氢储能技术发展与研究现状
氢储能技术发展与研究现状氢储能技术是指将氢气制备、储存和释放，以实现能源的高效利用和可持续发展的技术。
氢储能具有储存密度高、储存时间长、环境友好等优势，被广泛应用于交通运输、电力能源等领域。
下面将结合当前氢储能技术的发展和研究现状进行分析。
首先，氢储能技术的发展取得了显著的进展。
目前，氢燃料电池车成为人们瞩目的焦点，其续航里程和安全性已经得到了显著提高。
同时，为了提高氢燃料电池的效率和可靠性，研究人员还在探索新型催化剂、电解质膜等关键技术。
此外，氢储能技术在储氢材料、氢燃料途径等方面也有了新的突破。
例如，氢储能材料方面，研究人员正在开发新型的储氢合金、储氢材料和氢化物，以提高储氢能力和储氢速率。
在氢燃料途径方面，电解水制氢、太阳能制氢和生物制氢等技术也被广泛研究，以满足不同能源需求。
其次，氢储能技术的研究还面临一些挑战。
首先是储氢安全性问题。
氢气是可燃可爆的气体，储存和使用过程中存在安全隐患。
因此，如何保证氢气的安全储存和使用成为了研究的重点。
其次是储氢能力和储氢速率问题。
当前的储氢技术仍然无法满足实际应用中的需求，特别是在交通运输领域。
由于氢气的体积较大，储氢设备的体积和重量相对较大，限制了氢燃料电池车的商业化应用。
此外，目前的储氢材料和制氢技术的成本仍然较高，也成为了氢储能技术发展的限制因素。
最后，为了进一步推动氢储能技术的发展，需要采取一系列的措施。
首先，加大科研投入力度，加强氢储能关键技术的研究和开发。
其次，建立健全的政策支持体系，提供财政和税收优惠政策，鼓励企业和研究机构加大对氢储能技术的投入和研究。
再次，加强国际合作，开展技术交流和合作研究，借鉴国外的先进经验和成果。
此外，加强标准制定和监管，提高氢储能技术的安全性和可靠性，保障氢储能设备和系统的正常运行。
综上所述，氢储能技术是目前研究的热点之一，其发展和研究现状已经取得了良好的进展。
然而，仍然存在一些问题和挑战需要解决。
通过加大科研投入、完善政策支持、加强国际合作和加强标准管理等措施，可以进一步推动氢储能技术的发展，为实现能源的高效利用和可持续发展做出贡献。
氢能源汽车发动机原理
氢能源汽车发动机原理
氢能源汽车是指利用氢气作为燃料的汽车,其核心部件是氢燃料电池。
燃料电池通过氢气和氧气发生电化学反应产生电能,从而为汽车提供动力。
整个过程不产生有害排放,只排出水。
1. 氢气储存系统
氢气通常以压缩或液态的形式储存在特殊的储氢罐中。
压缩氢气罐可以储存700巴的高压氢气,而液氢罐可以储存极低温度下的液化氢。
2. 空气供给系统
空气通过进气系统被送入燃料电池,为电化学反应提供氧气。
3. 燃料电池系统
燃料电池是氢能源汽车的"心脏"。
它由多个单电池堆叠而成,每个单电池包含阳极、阴极和聚合物电解质膜。
- 阳极:氢气在这里被分解为正离子和电子。
- 阴极:空气中的氧分子与来自外电路的电子结合形成阴离子。
- 电解质膜:让正离子通过,但阻止电子,从而形成电流。
4. 电力控制系统
通过控制电力的产生、分配和存储,为动力系统和车载电子设备供电。
5. 动力系统
由电力驱动的电动机将电能转化为机械能,带动车轮并实现行驶。
氢能源汽车的优点是零排放、能源利用效率高、能源可再生等。
目前仍面临着制氢、储氢、供氢基础设施缺乏等挑战。
随着技术进步,氢能源汽车有望成为未来绿色出行的主力军。
氢燃料电池系统中氢气储存罐的设计与制造技术研究
氢燃料电池系统中氢气储存罐的设计与制造技术研究氢燃料电池技术作为一种清洁高效的能源技术，受到了广泛关注。
氢燃料电池系统中，氢气储存罐的设计与制造技术起着至关重要的作用。
氢气作为燃料，需要进行有效的储存与输送，才能保证氢燃料电池系统的正常运行。
因此，对氢气储存罐的设计与制造技术进行研究具有重要意义。
一、氢气的特性与储存需求氢气是一种轻质、高能量密度的能源，是最理想的清洁能源之一。
在氢燃料电池系统中，氢气作为燃料，通过与氧气反应产生电能，同时生成水。
然而，由于氢气具有极高的燃烧性能和极低的温度，它在常温下极易发生泄漏和爆炸的危险。
因此，氢气在储存过程中需要特殊的设计与制造技术来确保安全。
氢气的储存需求主要包括以下几个方面：首先是储氢密度高，能够在有限空间内存储更多的氢气；其次是安全性良好，能够有效防止氢气泄漏、爆炸等危险情况的发生；再次是稳定性高，能够保持储氢系统长时间的稳定运行；最后是成本低，能够降低氢气储存系统的制造和运营成本。
在满足这些需求的基础上，氢气储存罐的设计与制造技术需要不断进行研究与改进。
二、氢气储存罐的设计原则在氢燃料电池系统中，氢气储存罐的设计需要遵循一些基本原则。
首先是密封性要好，能够有效防止氢气泄漏，确保系统的安全运行。
其次是强度要高，能够承受氢气的高压和温度，保证系统的稳定性。
再次是材料要耐腐蚀，能够抵抗氢气的腐蚀，延长储氢罐的使用寿命。
同时，氢气储存罐的设计应该考虑到系统的整体布局，保证储氢罐与其他组件的良好配合。
总体而言，氢气储存罐的设计需要在安全、稳定、高效和环保等方面进行综合考虑。
三、氢气储存罐的制造技术氢气储存罐的制造技术直接影响着其性能和质量。
当前，氢气储存罐的制造技术主要包括材料选择、工艺设计和设备选型等方面。
首先是材料选择，氢气储存罐通常采用高强度合金钢、铝合金或复合材料等材料制造，以满足氢气的要求。
其次是工艺设计，制造过程中需要精密的工艺设计和加工技术，确保储氢罐的精确度和稳定性。
氢燃料电池电动汽车的工作原理
氢燃料电池电动汽车的工作原理1.氢气供气系统：氢气储存在氢气储罐中，通过氢气供气系统输入到燃料电池中。
氢气可以通过电解水、化石能源和可再生能源等多种方式产生。
2. 氢气解离反应：通过氢气供气系统输入的氢气进入氢燃料电池的正极电极，氢供应体（Anode），在催化剂的作用下发生氧化反应，将氢气中的氢离子（H+）和电子（e-）分离。
3. 氧气供气系统：氧气通过车辆外部的入口进入氢燃料电池的负极电极，氧供应体（Cathode）。
氧气可以从大气中直接引入，也可以通过空气泵从车辆外部取得。
4.氢气和氧气的结合反应：氢离子和电子在负极电极上发生化学反应，与入口进来的氧气结合生成水（H2O）。
这个过程产生的电子产生电能，供应给电动汽车的驱动电机使用。
同时，通过反应产生的水蒸气通过排气管排出汽车外部。
5.电能供给电动汽车：电子在电路中产生电能，然后供给驱动电机使用。
驱动电机根据电能的输入，将电能转化为机械能，带动汽车行驶。
整个工作过程中，燃料电池起到了将化学能转化为电能的作用，而氢气和氧气作为燃料供应给燃料电池。
这样的工作原理使得氢燃料电池电动汽车具备了相对较长的续航里程和较短的加氢时间，并且在使用过程中不产生有害气体。
同时，由于氢气可以通过多种方式产生，包括可再生能源的利用，所以氢燃料电池电动汽车也可以视作一种可持续发展的能源。
不过，需要注意的是，氢燃料电池电动汽车目前还面临着一些挑战，包括氢气的储存和供应、氢气的生产成本、充氢设施的建设等问题。
因此，进一步的技术研究和产业发展仍然是必要的，以促进氢燃料电池电动汽车的广泛应用。
氢能与储氢技术研究
氢能与储氢技术研究随着全球对环保能源的需求不断增加，氢能作为一种绿色能源备受关注，成为人们追求未来能源的方向之一。
然而，氢能技术的发展离不开储氢技术的支持，因此氢能技术和储氢技术的研究已成为人们关注的焦点之一。
一、氢能技术的研究现状氢能技术主要是利用氢气燃烧产生的热能，将其转化为电能或者机械能，从而利用氢气作为一种绿色能源。
目前氢能技术在交通、供电等领域已有一定的应用。
其中，氢燃料电池汽车是比较典型的应用，其使用氢气做燃料来产生电能，实现汽车的运行。
氢燃料电池汽车的优点在于，零排放、可续航、快充电等。
因此，它作为一种环保又高效的交通工具越来越受到人们的喜爱。
目前，世界上已有许多国家在研究和开发氢燃料电池汽车技术，其中日本、韩国、德国、美国等国家已经取得了一定的进展。
二、储氢技术的研究现状储氢技术是氢能技术实际应用的重要环节，目前主要有物理吸附、化学吸附、液态储存和金属氢化物存储等多种方式。
其中，物理吸附主要是利用多孔材料吸附氢气，其储氢量较低。
化学吸附主要使用氢气分子与储氢材料的化学键结合形成底物来储存氢气，其储氢量较高。
液态储存和金属氢化物存储的储氢效果也较理想。
目前，世界各地都在大力研究储氢技术，其中木材、碳纳米管等材料在物理吸附储氢中表现出色，金属氢化物存储正在大力开发中。
此外，化学吸附和液态储存也在不断创新。
三、氢能技术和储氢技术的前景氢能技术和储氢技术的研究正在逐渐深入，其应用前景也十分广阔。
首先，在交通领域，氢燃料电池汽车将逐渐代替传统燃油汽车，成为一种更为环保和高效的交通方式。
其次，在能源供应领域，氢能技术能够大量应用，成为一种新的清洁能源供应方式。
氢能作为一种最轻的元素，储氢量大，因此成为一个重要的能量储备方式。
另外，氢能技术和储氢技术的应用还能助推环保产业的发展，形成新的经济增长点。
同时，它能够带来新的就业机会，对我国的经济发展也有重要意义。
总体来说，氢能技术和储氢技术是未来能源发展的一个十分重要的方向，它的应用前景十分广阔。
氢能源的存储与利用研究
氢能源的存储与利用研究随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，寻找清洁、可再生的能源已成为人类探索的重大课题。
氢能源作为一种高效、环保的能源，备受关注。
但是，氢能源的利用不仅需要高成本的制氢技术，还需要解决氢气的储存和运输问题，这便成为了目前氢能源面临的挑战。
一、氢气储存技术氢气储存是氢能源利用的关键环节之一。
氢气的体积较大，难以进行直接储存，目前主要的储存方法有三种：1.压缩储存：利用高压气体储存技术，氢气在高压下可以压缩成液体或高压气体，从而大大减小其体积。
但是，这种方法需要高压储氢罐的支持，而高压储氢罐的成本较高，也存在一定的安全隐患。
2.吸附储存：利用材料吸附氢气，将氢气储存于内部微孔结构中。
目前比较常用的吸附剂材料有金属有机骨架材料、多孔性材料和纳米材料等。
吸附储存具有体积小、储存效率高、无需高压罐等优点，但是需要制备特殊的吸附材料，其经济性也有待提高。
3.液态储存：将氢气冷却至低于-252.87℃的临界温度，使之液化储存，此时可以降低氢气的体积储存成本。
但是，液氢需要在极低温度下储存和运输，存在较大的技术难度。
二、氢气利用技术氢气利用技术包括氢燃料电池和水解制氢两种方法。
1.氢燃料电池：氢燃料电池利用氢、氧反应产生电能，其发电方式高效、无污染、安全可靠，因此被认为是一种具有广阔应用前景的新型能源技术。
氢燃料电池应用于汽车和工业领域，能够代替传统的燃油能源，减少环境污染和能源消耗。
2.水解制氢：水解制氢利用电能将水分解成氢和氧两种气体，是一种用电能储存能量的方法。
该技术已经得到广泛应用，可以作为备用能源供应，也可应用于燃料电池发电等领域。
三、氢能源产业现状目前，全球氢能源产业呈现快速发展的态势。
据国际能源署的数据显示，全球氢能消费量已从1975年的150克提高到2017年的945克，2019年更是达到了国际能源署预测的30年后的目标水平。
同时，氢能源在新能源汽车和工业生产等领域也得到广泛应用。
氢能源技术的研究和应用
氢能源技术的研究和应用氢能源技术是指利用氢作为能源的技术和设备，并将其应用于能源生产、储存和利用中。
由于氢能源具有高能量密度、清洁环保、可再生等特点，被广泛认为是未来能源领域的重要发展方向。
本文将详细探讨氢能源技术的研究和应用。
首先，氢能源的生产是氢能源技术研究的重点之一、目前，常用的氢气生产方法主要有燃料电池、水电解和化石燃料重整。
燃料电池是一种将氢与氧化剂直接反应并产生电能的装置，其优点是能够高效转化化学能为电能，并且产生的唯一副产物是水。
水电解是另一种常见的氢气生产方法，通过电解水分解水分子，将氢和氧分离，从而得到纯净的氢气。
化石燃料重整是利用石油、天然气等化石燃料中的氢进行重整反应，产生高纯度的氢气。
这些方法各有优劣，需要根据具体应用场景和需要进行选择。
其次，氢能源的储存和运输技术也是氢能源技术研究的关键方面。
由于氢气具有极低的密度和高的火爆性，储存和运输氢气是一项非常挑战的任务。
目前，常用的氢气储存技术主要有压缩储氢、液化储氢和固态吸附储氢。
压缩储氢是将氢气通过压缩装置压缩成高压氢气存储，液化储氢是将氢气冷却至极低温度并液化储存，固态吸附储氢是利用特殊材料吸附氢气并在需要时释放出来。
这些技术各有应用场景和限制条件，需要根据实际情况进行选择。
最后，氢能源的应用领域广泛，涵盖了能源生产、交通、工业生产等多个领域。
在能源生产方面，燃料电池被广泛应用于车载电力、移动电源等领域。
在交通方面，氢燃料电池汽车被认为是可持续交通的重要解决方案，具有零排放、快速加氢、长续航里程等优势。
在工业生产方面，氢气可以用作工业用途的燃料或还原剂，用于制造氨、氢气焊接等。
总之，氢能源技术的研究和应用具有重要的意义，可以解决当前能源供应紧张和环境污染的问题。
通过改进氢气的生产、储存和运输技术，提高氢能源的效率和安全性，可进一步推动氢能源的应用。
随着技术的不断进步和成本的降低，相信氢能源将在未来的能源领域发挥日益重要的作用。
氢燃料电池车辆电动机系统设计
氢燃料电池车辆电动机系统设计氢燃料电池车辆作为一种新兴的清洁能源交通工具，其电动机系统设计至关重要。
本文将结合目前氢燃料电池车辆电动机系统的发展现状和未来趋势，深入探讨其设计原理、关键技术和优化方向。
一、原理氢燃料电池车辆的电动机系统是通过将氢气与氧气在燃料电池中进行氧化还原反应，从而产生电能驱动电动机工作，实现车辆动力输出。
整个系统主要包括燃料电池、氢气储存装置、氧气供给装置、电动机控制器等部分。
1. 燃料电池燃料电池是氢燃料电池车辆电动机系统的核心部件，其工作原理是将氢气与氧气在阳极和阴极进行氧化还原反应，从而产生电能。
常见的燃料电池有聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）等。
其中，PEMFC由于其高效率、低温运行等优点被广泛应用于氢燃料电池车辆。
2. 氢气储存装置氢气储存装置主要用于存储氢气，以保证车辆长时间行驶。
目前常用的氢气储存装置包括高压储氢罐和液态氢储罐，后者由于能有效提高氢气储存密度，因此在实际应用中更受青睐。
3. 氧气供给装置氢燃料电池车辆的氧气供给装置主要用于向燃料电池输送氧气，并需要保证氧气的纯度和供给量。
通常采用的氧气供给方式有外部氧气供给和空气中吸氧两种方式，前者可以提供更高纯度的氧气，但增加了系统复杂度。
4. 电动机控制器电动机控制器是氢燃料电池车辆电动机系统的“大脑”，主要负责控制电动机的启停、转速调节、能量回收等功能。
优秀的电动机控制器可以提高系统的响应速度和能效，进而提升车辆的性能和续航里程。
二、氢燃料电池车辆电动机系统设计关键技术1. 功率匹配与峰值功率输出氢燃料电池车辆的功率匹配是指燃料电池和电动机之间的功率输出匹配，主要取决于车辆的动力需求。
在实际工程中，需要根据车辆的质量、行驶工况、道路拓扑等因素进行合理的功率匹配设计，以实现最佳的动力输出效果。
2. 能量管理与回收氢燃料电池车辆的能量管理与回收是提高车辆能效的关键技术。
通过对车辆制动、惯性滑行等能量回收装置的设计和优化，可以在车辆制动过程中将能量转化为电能进行储存，进而延长车辆的续航里程。
氢能源的利用和研究进展
氢能源的利用和研究进展氢能源是近年来备受关注的一种新能源，其被誉为“清洁能源”，具有无污染、高效率、可再生等特点。
氢能源的开发利用，对于解决能源和环境问题具有重要意义。
本文将结合实际情况，介绍氢能源的利用和研究进展。
一、氢能源的基础知识氢是一种在标准条件下是气态的物质，是化学元素周期表中最轻的元素，同时也是最常见的元素之一。
氢气是一种清洁的燃料，使用氢气燃料可以减少碳排放，避免环境污染。
氢气的能量密度很高，比同等质量的石油等传统燃料的能量密度更高，具有很大的潜力。
二、氢能源的利用1. 氢能源在交通领域的应用氢能源在交通领域的应用，主要是指氢燃料电池车。
它以氢气和氧气作为燃料，通过氢燃料电池产生电能，驱动电动汽车行驶。
与传统的燃油车相比，氢燃料电池车具有零排放、高效率、长续航里程等优点。
目前，世界各地已经开始大规模地建设充氢站，为氢能源汽车提供便捷的加氢服务。
2. 氢能源在工业领域的应用氢气是一种重要的工业气体，广泛应用于化工、制氢、金属烊炼等领域。
目前，氢气主要通过天然气重整法、煤制气等工艺生产，这些工艺虽然能够生产大量的氢气，但是存在能源消耗大、环境污染等问题。
因此，开展氢能源的可持续生产研究具有重要意义。
3. 氢能源在能源储存领域的应用氢能源也可以用于能源储存，可以将电能通过水解反应转化为氢气储存，需要使用氢气时再将其通过燃料电池或燃烧转化为电能。
氢气的储能可以解决可再生能源存在间断性的问题，同时也可以作为对电网运行的支持。
三、氢能源的研究进展1. 氢能源生产技术的发展目前，氢能源的开发利用已经取得了一定的进展。
对于氢气的生产技术，包括热化学法、电化学法、生物发酵法等多种工艺。
在热化学法中，采用的生产工艺主要为蒸汽重整法和煤气化法。
在电化学法中，最常用的方法是水电解法。
生物法主要利用微生物将物质转化为氢气。
2. 氢燃料电池技术的发展氢燃料电池被认为是清洁、高效的燃料电池，因此备受瞩目。
目前，氢燃料电池的技术已经得到了相应的发展，以氢燃料电池汽车为例，目前已经推出了一些商用车型，如丰田Mirai、本田FCEV等。
基于氢能源的汽车发动机研究
基于氢能源的汽车发动机研究随着全球对于环保和可再生能源的呼声越来越高，氢能源作为一种清洁、高效、无污染的新能源技术备受关注。
近年来，基于氢能源的汽车逐渐开始进入人们的视野并得到了一定的应用，而其中的关键技术就是氢燃料电池。
那么在氢燃料电池中，汽车发动机作为核心部件起到了重要作用，基于氢能源的汽车发动机究竟有哪些特点和优势呢？本文将从理论和技术两方面进行探讨。
一、理论基础氢燃料电池的原理基于化学反应。
目前常用的氢燃料电池有两种类型：质子交换膜燃料电池（简称PEMFC）和固体氧化物燃料电池（简称SOFC）。
其中，PEMFC是最常见的氢燃料电池。
PEMFC使用金属催化剂催化氢气和氧气在阳极和阴极上发生氧化还原反应生成电能，同时产生水。
而SOFC利用固体氧化物电解质，在高温下通过氢气、二氧化碳等气体的电化学反应来发电，同时还可以将废气中的二氧化碳与水气体反应产生氢气。
而汽车发动机则根据传统燃油汽车发动机的原理来设计，其最大的特点就是使用氢气而不是燃油作为燃料。
在普通发动机中，汽油在燃烧时会产生大量的污染物，而在基于氢能源的汽车发动机中，氢气的燃烧产生的唯一副产品就是水蒸汽，因此无二氧化碳、一氧化碳等污染物的排放。
此外，从理论上来讲，基于氢能源的汽车发动机理论效率最高可达80%以上，而传统燃油汽车的理论效率仅为30%左右，因此基于氢能源的汽车拥有更高的燃油利用率和经济性。
二、技术实现虽然基于氢能源的汽车发动机具有极高的效率和清洁性，但技术上仍存在一定的挑战。
目前，基于氢能源的汽车发动机主要有三种类型：燃料电池汽车、氢气内燃机汽车和混合动力汽车。
燃料电池汽车是目前最常见的基于氢能源的汽车类型。
其发动机使用质子交换膜燃料电池来产生电能，通过这种方式驱动车辆。
氢气在燃料电池中通过催化剂反应生成电能，电能通过电动机带动车轮。
虽然燃料电池汽车的效率和清洁性极高，但其存储氢气的问题仍需解决。
目前，燃料电池汽车的氢气储存方式一般有两种：高压储氢和低温液态储氢。
氢气储存技术的研究与应用
氢气储存技术的研究与应用随着工业和人类生活的不断发展，对能源的需求量越来越大，同时也出现了很多环境问题。
作为全球最重要的能源之一，氢能源也逐渐受到人们的关注。
氢气储存技术是氢能源研究的重要组成部分，其研究深入和应用广泛，不断发展。
本文将对氢气储存技术的研究现状和应用前景进行探讨。
1. 氢气储存技术的研究现状氢气的物理性质和化学性质都非常特殊，对储存方式造成了很大挑战。
目前，氢气储存技术主要包括物理吸附法、化学吸附法、液态储存法、固态储存法等。
各种氢气储存技术都有其优缺点，需要根据实际应用进行选择。
以下将分别介绍这几种氢气储存技术。
1.1 物理吸附法物理吸附法是利用某些材料对氢分子的物理吸附力，将氢气吸附在固体储存材料中，从而实现氢气储存的技术。
物理吸附材料一般是多孔材料，如碳纳米管、硅材料等。
碳纳米管等材料表现出了很好的氢吸附性能，但是其制备成本较高，且生产难度较大。
此外，物理吸附法的主要问题是吸附热较大，氢气放气速度缓慢，吸附材料的稳定性和可靠性也存在一定的问题。
1.2 化学吸附法化学吸附法是利用催化剂对氢分子的化学吸附能力，实现氢气储存的技术。
化学吸附材料包括金属氢化物、金属有机框架、金属-有机配合物等。
金属氢化物的氢化反应比较稳定，但是其操作温度较高；金属有机框架材料致密，吸附容量较大，但是其操作温度过低受到限制。
化学吸附法的优点是从分子层面实现氢气的储存，具有高储氢密度、低分子量等特点，但是其运行复杂度较高，催化剂的稳定性和失活问题也是需要面对的难题。
1.3 液态储存法液态储存法是利用液态储存剂将氢气储存为液态氢气的技术。
液态氢气具有较高的储氢密度和理想的释放储氢性质，但是也具有其本身的缺陷，需要通过压缩氢气来提高储氢密度，同时还会有液态氢的挥发问题。
此外，液态氢气的制备和储存操作也具有一定的难度和安全隐患。
1.4 固态储存法固态储存法是利用膨胀的合金储存氢气的技术，该技术基于合金在吸氢过程中体积的增大。
氢燃料电池车辆动力系统设计与优化
氢燃料电池车辆动力系统设计与优化随着对环境污染和气候变化的关注度日益提高，全球汽车行业正迅速转向可持续和清洁能源的使用。
氢燃料电池车辆作为一种零排放的交通工具，具有高效能源转化、无污染、可持续等优点，被视为未来交通能源的重要选择。
在氢燃料电池车辆中，动力系统的设计和优化是关键的一步，它直接影响着车辆的整体性能和可靠性。
因此，本文将探讨氢燃料电池车辆动力系统的设计与优化。
首先，氢燃料电池车辆的动力系统包括氢气的储存、氢气转化为电能的动力系统以及能量的储存和回收。
为了实现高效率和可靠性，动力系统的设计需要考虑以下几个方面。
首先，在氢气储存方面，目前常用的方法是采用压力罐或液态储氢。
压力罐的优点是储存效率高且无液态泄漏的风险，但体积相对较大。
液态储氢的优点是储存体积小，但需要特殊的储氢容器和温度控制系统。
因此，在动力系统设计中，应根据车辆需求和可用空间选择合适的储氢方法。
其次，在氢气转化为电能的动力系统中，燃料电池是核心部件。
燃料电池通过将氢气与氧气反应来产生电能，并释放出水蒸汽作为副产品。
要使燃料电池具有高效能量转化和长久的寿命，关键是控制燃料电池的工作温度和氢氧供应。
通过优化燃料电池系统的结构和控制参数，可以提高燃料电池的效率和寿命。
其次，在能量的储存和回收方面，氢燃料电池车辆通常会配备电池组和超级电容器。
电池组主要用于储存和释放电能，而超级电容器则用于短期储能和高功率输出。
通过合理设计和配置这些能量储存装置，可以提高车辆的动力输出和能量利用效率。
此外，为了进一步优化氢燃料电池车辆的性能，可以考虑引入能量回收和再利用系统。
例如，通过采用制动能量回收系统将制动过程中产生的能量转化为电能储存起来，以供车辆加速或驱动其他辅助设备。
此外，还可以通过优化车辆的空气动力学设计、减轻车辆自身重量等方式进一步提高车辆的能效和性能。
总之，氢燃料电池车辆动力系统的设计与优化是实现高效能源转换和可持续发展的关键环节。
通过合理选择氢气储存方式、优化燃料电池系统的结构和控制参数、合理配置能量储存装置以及引入能量回收和再利用系统，可以实现氢燃料电池车辆动力系统的高效能量转化、零排放和可靠性。
燃料电池汽车的氢气储存技术
燃料电池汽车的氢气储存技术燃料电池汽车是一种以氢气为燃料的新型绿色交通工具。
作为未来汽车发展的一个重要方向，燃料电池汽车在零排放和高效能方面表现出巨大优势。
而关键的氢气储存技术对于燃料电池汽车的实际运行和推广起着至关重要的作用。
本文将就燃料电池汽车的氢气储存技术展开探讨。
一、氢气储存技术的背景和意义燃料电池是一种将氢气与氧气进行氧化还原反应产生电能的设备，其中氢气作为燃料起到了至关重要的作用。
由于氢气具有低密度和高挥发性的特点，其储存成为燃料电池汽车实际应用过程中的重要问题。
氢气储存技术的发展和突破对于推动燃料电池汽车的普及化具有重要意义。
二、氢气储存技术的分类和特点1. 压缩氢气储存技术压缩氢气储存技术是目前应用广泛的一种储存方式。
它主要通过提高氢气的压缩程度来增加储存容量。
压缩氢气储存技术具有储存密度高、成熟度较高、经济性较好的特点，但同时也存在着占用空间大、安全隐患等问题。
2. 吸附氢气储存技术吸附氢气储存技术利用吸附剂吸附氢气，并在需要时释放氢气。
这种技术具有容积密度高、吸附剂可重复利用等优点，但存在吸附速度慢和吸附剂选择等问题。
3. 液化氢气储存技术液化氢气储存技术是将氢气冷却压缩至液态状态进行储存。
这种技术具有储存密度高、重量轻等优点，但液化氢气的制备工艺及成本较高是其面临的主要挑战。
三、氢气储存技术的发展现状和挑战目前，燃料电池汽车的氢气储存技术在一定程度上取得了突破和进展。
各种储存技术都在不断地改进和创新，以提高储存效率和安全性。
然而，与传统燃料储存技术相比，燃料电池汽车的氢气储存技术仍然面临着以下几个主要挑战：1. 储存容量的提升目前储存容量仍然是燃料电池汽车的瓶颈之一，特别是在长途驾驶和快速加油等方面。
如何提高储存容量是一个亟待解决的问题。
2. 安全性的保证氢气是一种高度可燃和易爆炸的气体，如何确保储存和使用过程的安全性是氢气储存技术发展中需要解决的重要问题。
3. 技术成本的降低燃料电池汽车的氢气储存技术还需要进一步降低技术成本，以提高其竞争力和市场可行性。
氢燃料电池的氢气储存和制备技术
氢燃料电池的氢气储存和制备技术氢燃料电池是一种环保、高效的能源转换技术，通过化学反应将氢气和氧气转化为电能和热能，从而驱动电动汽车等设备运行。
而氢气储存和制备技术是氢燃料电池技术中至关重要的环节，直接影响到氢能源的可持续发展与利用。
本文将从储存和制备两个方面探讨氢气在氢燃料电池中的关键技术，以期为相关研究和应用提供借鉴和参考。
1. 氢气储存技术：氢气的储存是氢燃料电池技术中的一大难题，因为氢气具有低密度、易泄漏、易燃爆等特点，需要采用适当的技术手段来进行安全有效的储存。
目前主要的氢气储存技术包括压缩储氢、液化储氢和固体储氢。
1.1 压缩储氢技术：压缩储氢技术是目前应用最为广泛的氢气储存技术之一，通过将氢气压缩至一定压力下进行储存，以提高氢气的储存密度，减小占地面积。
一般情况下，氢气被压缩至350至700 bar的压力下进行储存，以达到能够满足氢燃料电池系统的要求。
压缩储氢技术相对成本较低，但是存在着压缩能耗大、存储安全性较差等问题，需要进一步提升技术水平。
1.2 液化储氢技术：液化储氢技术是将氢气冷却至液态状态进行储存，以提高储氢密度和减小占地面积。
液化储氢技术具有较高的储氢密度和稳定性，适合长途运输等应用场景。
然而，液化储氢的能耗较高，存在着蒸发损耗和安全隐患等问题，需要进一步降低成本、提高安全性。
1.3 固体储氢技术：固体储氢技术是将氢气储存在固体材料中，如金属氢化物、碳纳米管等，以提高氢气的储存密度和减小存储压力。
固体储氢技术具有较高的储存密度和安全性，但是存在着吸附解吸速度慢、再生困难等问题，需要进一步提高吸附解吸性能。
2. 氢气制备技术：除了储存技术外，氢气的制备技术也是氢燃料电池技术中的一个关键环节，直接影响到氢气的供应可靠性和氢燃料电池系统的整体性能。
目前主要的氢气制备技术包括水电解制氢、天然气蒸汽重整制氢和生物质气化制氢等。
2.1 水电解制氢技术：水电解制氢技术是利用电能将水分解为氢气和氧气的过程，属于一种绿色环保的氢气制备技术。
氢燃料电池系统的原理和性能分析
氢燃料电池系统的原理和性能分析氢燃料电池系统是一种新兴的能源转换技术，它将氢气和氧气反应产生的化学能直接转换成电能，同时避免了传统燃油动力系统的环境污染问题。
本文将从原理和性能两方面对该技术进行简单分析。
一、氢燃料电池系统的原理氢燃料电池系统的核心是氢气和氧气的电化学反应。
该反应产生的电子和离子通过导体外部回路流动，形成电流，驱动电动机工作，实现汽车的运动。
该反应的化学方程式如下：H2 + ½ O2 = H2O + Q式中，H2表示氢气，O2是氧气，Q为反应释放的能量。
氢气和氧气反应后生成硫酸，这个过程称作“电化学氧化（Electro-Chemical Oxidation，ECO）”。
氢气制取的方法有多种，其中最常用的是水电解法。
在水电解反应中，电能被输入到水溶液中，使水分子分解成氢气和氧气，其中氢气被分离收集。
氢气和氧气的反应在电极上发生，电极材料会显著影响反应效率和反应速率。
常见的电极材料有铂、镍和钼等。
铂具有良好的电化学稳定性和电化学催化活性，但由于价格昂贵，生产成本高，因此需要继续寻找更便宜的替代材料。
二、氢燃料电池系统的性能与传统的燃油动力系统相比，氢燃料电池系统具有诸多优点。
首先是零排放，其二氧化碳排放量为零，对环境造成的影响较小。
其次，运行效率高，能够迅速响应加速和减速操作。
最后，在成本方面，尽管目前氢燃料电池系统的成本相对较高，但由于氢燃料的丰富和氢气制取技术的不断成熟，未来氢燃料电池系统的成本有望降低。
同时，氢燃料电池系统也存在一些问题。
首先是氢气的存储和运输问题，氢气具有较低的密度和易燃的特性，需要特殊的储存和运输设备。
其次是燃料电池本身的耐久性和可靠性问题，长时间使用后容易产生氧化和腐蚀等问题，需要定期维护和更换部件，增加使用成本。
三、结论综上所述，氢燃料电池系统是一项具有广阔发展前景的能源技术。
随着制氢技术、储氢技术和燃料电池技术的不断成熟，氢燃料电池系统的性能将得到不断提高，成本也将逐渐降低，成为新一代汽车动力系统的重要选择之一。
氢能源汽车的能源效率与燃料利用原理
氢能源汽车的能源效率与燃料利用原理氢能源汽车是近年来备受关注的新兴技术，具有零排放、高能量密度等优势。
然而，要实现氢能源汽车的商业化，必须关注其能源效率与燃料利用原理。
本文将就这两个方面进行探讨，并分析其对氢能源汽车的影响。
一、氢能源汽车的能源效率能源效率是衡量一种能源转化过程中能源利用程度的重要指标。
对于氢能源汽车而言，能源效率直接决定其使用成本和环境影响。
下面将重点介绍氢能源汽车的能源效率影响因素。
1. 氢产生过程中的能源损失氢能源汽车的燃料是氢气，而氢气的生产过程中会伴随能源损失。
目前，常用的氢气生产方式主要包括化石燃料重整、水电解和生物质气化等。
其中，化石燃料重整方式虽然产生的氢气纯度高，但能源损失却较为严重；水电解方式虽然能够利用可再生能源，但成本较高；而生物质气化方式则有其适用性和经济性的局限性。
因此，选择适宜的氢气生产方式对于提高氢能源汽车的能源效率至关重要。
2. 氢气储存与输送过程中的能源损失氢气储存与输送方式也会对能源效率产生影响。
目前，常用的氢气储存方式包括压缩储氢和液态储氢。
压缩储氢虽然成熟可靠，但能源损失较大；液态储氢虽然能够提高氢气的储存密度，但对设备要求较高。
在氢气输送过程中，也会伴随着能源损失。
因此，优化氢气储存与输送方式，减少能源损失，是提高氢能源汽车能源效率的关键。
3. 燃料电池系统的能源转换效率氢能源汽车使用燃料电池将氢气转化为电能来驱动电动机工作。
燃料电池系统的能源转换效率直接影响氢能源汽车的总能源效率。
燃料电池的能源转换过程中，还会产生一定的热量，这部分热量是否能够有效利用也是提高能源效率的关键。
因此，研发高效的燃料电池系统，并综合考虑热管理等问题，能够显著提高氢能源汽车的能源效率。
二、氢能源汽车的燃料利用原理氢能源汽车的燃料利用原理与传统汽车有所不同。
传统汽车通过燃烧燃料来释放化学能，驱动汽车发动机工作。
而氢能源汽车则是通过燃料电池将氢气转化为电能，再利用电能驱动电动机工作。
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2. 1 国内氢燃料电池车动力系统的研究现状 清华大学汽车节能与安全国家重点实验室承担
的“燃料电池城市客车”—“国家 863 电动汽车”项 目，其中重点研究的核心技术便是混合动力控制系 统。清华大学采用不同的技术措施（ 国内的系统是 小型燃料电池与蓄电池混合，而奔驰公司采用燃料 电池作驱动） ，研发出了“清华 ECU”的能量混合型 与功率混合型动力系统，且整车行驶故障率、主要性 能指标及制作成本都优于国际水平［12］。
图 1 燃料电池－锂离子电池混合动力 系统结构图
在该混合动力系统中，燃料电池作为主要动力 源，锂离子动力电池组作为辅助动力源。汽车运行 时主要采用燃料电池系统提供电力； 锂离子动力电 池 主 要 起 调 峰、增 容、回 收 能 量 的 作 用。 当 汽 车 加 速、上坡时，锂离子电池作为辅助电源提供电力； 当 汽车下坡、减速时，锂离子电池组回收燃料电池的富 余电能； 该混合动力系统还可通过两种电池同时工
Dec． 201பைடு நூலகம் ·36·
现代化工 Modern Chemical Industry
第 33 卷第 12 期 2013 年 12 月
氢燃料电池汽车动力系统与 储氢系统的研究
倪红军，吕帅帅，裴 一，陈林飞，袁银男 ( 南通大学机械工程学院，江苏 南通 226019)
摘要： 介绍了一种新型氢燃料电池－锂离子电池混合动力系统； 总结了氢燃料电池汽车动力系统和车载储氢系统的国内外
NI Hong-jun，LV Shuai-shuai，PEI Yi，CHEN Lin-fei，YUAN Yin-nan
（ School of Mechanical Engineering，Nantong University，Nantong 226019，China）
Abstract： A new type of hydrogen fuel battery-Lithium-ion battery hybrid power system is introduced． The current hydrogen fuel cell vehicles power system and automotive hydrogen storage system at home and abroad are summarized． Energy efficiency factors as well as means to improve energy efficiency of fuel cell hybrid system are discussed．
Gao 等［15］分析比较了纯电动汽车、氢燃料电池 车、混合动力汽车 3 种新能源汽车的发展潜力。作 者通过基础设施和技术的要求定性比较得出，氢燃 料电池混合动力汽车的未来发展将比燃料电池汽 车、纯电动汽车具有更高的效率。 2. 3 车载储氢系统的研究现状
储氢技 术 是 氢 能 应 用 走 向 规 模 化 的 关 键。 目 前，常见的储氢方式有金属氢化物储氢、高压储氢、 低温储存液氢。其中，金属氢化物储氢密度最高而 质量密度最低； 低温液氢储存的经济性不如高压储 氢，但加速性能、储氢密度、最高车速和续驶里程等 汽车性能方面，液氢存储方案更具有优势； 高压储氢 装置体积密度低，但是技术成熟可靠，是目前最常见 的储氢方式［16］。
3 车用燃料电池动力系统能源效率的影响 因素
长春理工大学王金龙等［21］以国产某 500 W 氢 / 空燃料电池为核心构建了燃料电池效率测试平台系 统，根据燃料电池工作原理及测试平台的性质，建立 了燃料电池效率与电池功率及反应气流量之间的关 系式，通过实验研究得出，对电池效率影响显著的为 反应气压力，当反应气压力较低时，电池的初始效率 也很低； 在最大功率的 30% 之前，电池效率随功率 的增长而迅速增大； 当达到最大效率点时，电池效率 随功 率 的 增 加 而 缓 慢 下 降； 当 在 最 大 工 作 功 率 70% ～ 80% 以后，下降幅度稍有增加。在最大效率 点前端，效率随反应气压力的增大而明显增加； 在其 之后随电池的输出功率的增大，反应气压力对电池 的效率影响逐渐减弱。通过研究还得出，反应气的 增湿温 度 与 电 池 的 温 度 对 燃 料 电 池 的 效 率 影 响 较小。
图 2 储氢材料与高压容器复合的 储氢新模式结构
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现代化工
第 33 卷第 12 期
复合式储氢的技术难点是如何开发质量轻、加 工性良好和吸放氢性能好的储氢材料。密歇根大学 Li 等［20］提出了“溢流储氢”概念，对于促进吸附式 储氢是有利的。据相关报道，金属 －有机配位子结 构材料（ MOFs） 是一种良好的轻量化储氢材料。美 国国家标准和技术局的 Taner Yildirim 博士领导研 究小组发现，钛和一种乙烯小型碳氢化合物能够形 成稳定的复合结构，这种材料能够吸收相当于其质 量的 14% 的氢，弗吉尼亚大学 Philips 等［18 － 19］通过 实验证明了上述结论。
研究进展，并讨论了车用燃料电池动力系统能源效率的影响因素以及提高动力系统效率的途径。
关键词： 氢气； 燃料电池； 锂离子电池； 动力系统； 储氢系统
中图分类号： TK01 + 9
文献标志码： A
文章编号： 0253 － 4320（ 2013） 12 － 0036 － 03
Power and hydrogen storage system for hydrogen-electric hybrid fuel cell vehicles
2013 年 12 月
倪红军等： 氢燃料电池汽车动力系统与储氢系统的研究
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作的方式，提高汽车的续航里程和能量容量，其中燃 料电池堆的最大可输出功率与锂离子电池组的最大 可输出功率之比为 1∶ 0. 1 ～ 1∶ 0. 7［4，7 － 8］。
燃料电池－锂离子电池混合动力系统充分结合 了锂离子电池和燃料电池的优点，从而提高动力系 统的可靠性，延长燃料电池和锂离子电池的寿命，同 时可满足汽车能量回收等方面的要求［9 － 11］。
4 结语
燃料电池混合动力系统已在某些新能源汽车上 运用，将是未来汽车行业发展的主流。为了提高系 统的能量效率，应对燃料电池与动力电池系统的控 制策略进行优化，并减少附加功率消耗； 同时应采 用小电流对 动 力 电 池 进 行 充 电，电 池 和 气 体 增 湿 温度应选择 一 个 合 理 的 温 度 范 围，从 而 简 化 控 制 系统。
对于储氢系统，美国能源部提出燃料电池汽车 车载储氢目标是： 储氢体积密度为 60 kg / m3 、储氢 质量密度为 6% 。根据现有的储氢方案，只有低温 储存液氢技术能达到上述指标，其他储氢技术都无 法满足。但是低温储氢的能耗与成本很大，作为车 载储氢并不是最佳选择［17］。
如何减小储氢系统的质量与体积，是储氢技术 开发的难点和重点。一个比较理想的方案是，采用 高压储氢与储氢材料复合的储氢新模式，即在高压 储氢器皿中填装质量较轻的储氢材料。这样的装置 与纯高压储氢方式相比，既可以提高储氢能力，又可 以降低储氢压力（ 约 10 MPa） ，其结构如图 2 所示。
收稿日期： 2013 － 07 － 23 基金项目： 国家科技支撑计划课题（ 2011BAG02B10） ； 江苏高校优势学科建设工程资助项目； 江苏高校科研成果产业化推进工程项目（ JHB2012 －
45） ； 南通市应用研究计划项目（ BK2011029） 、南通大学自然科学项目（ 11ZY007） 作者简介： 倪红军（ 1965 － ） ，男，教授，研究方向为新能源汽车和燃料电池，ni． hj@ ntu． edu． cn。
1 燃料电池－锂离子电池混合动力系统
如图 1 所示，燃料电池－锂离子电池混合动力系 统包括电机控制系统，由燃料电池、燃料电池辅助设
备、燃料电池监测控制装置组成的燃料电池子系统， 由锂离子电池组和锂离子电池控制装置系统组成的 锂电池子系统，由充电控制器、DC / DC 变换器、继电 器、可控硅构成的充电控制子系统，以及智能混合电 源管理系统［7］。
清能华通与苏州金龙合作共同开发生产的氢燃 料电池公交车釆用燃料电池发动机和动力电池作为 混合动力源，燃 料 储 氢 罐 放 置 在 车 后 方，并 能 通 过 CAN 总线对氢燃料电池、电机、动力电池等进行优 化控制。
武汉理工大学研发出“楚天一号”，同济大学研 发出超越系列（ 超越一、二、三号） 燃料电池与动力 电池混合动力系统汽车。 2. 2 国外氢燃料电池车动力系统的研究现状
由华南理工大学与广州益维电动汽车有限公司 共同合作，研发出“燃料电池－锂离子电池混合动力 轻型电动汽车”，其中燃料电池功率为 5 kW，达到连 续稳定运行时间 ＞ 8 h，无故障运行时间 ＞ 3 000 h， 启动时间 ＜ 1 s 等性能指标［13］。
上海汽车研发的“上海牌”燃料电池汽车，采用 高功率燃料电池和动力锂电池联合驱动，储氢系统 采用 35 MPa 高压储氧瓶。由于采用稳定安全的锂 电池，“荣威 350”电动汽车具有快速充电和正常充 电功能［12］。
Key words： hydrogen； fuel cell vehicle； li-ion battery； power system； hydrogen storage system
21 世纪，随着经济社会的飞速发展和科学技术 的进步，全球汽车产业得到迅猛发展。由此引发的 能源短缺和环境污染问题已经成为当今社会的两大 突出问题。为寻求人类社会与汽车产业的可持续发 展，电动汽车（ electric vehicle，EV） 的开发利用越来 越受到世界各国政府和汽车产业界的高度重视［1］。 燃料电池汽车是公认的可以同时解决能源和环境问 题的绿色环保车，也被认为是电动汽车的最终选择， 是今后汽车发展的主要方向之一［2 － 3］。然而，受储 氢系统技术、成 本、寿 命 和 可 靠 性 等 诸 多 因 素 的 制 约，使得纯 燃 料 电 池 汽 车 很 难 真 正 市 场 化 运 行［4］。 针对启动时需要较大的功率输出，瞬态响应以及电 池系统的成本等目前纯燃料电池车所面临的一系列 问题，世界各国汽车制造商开始把注意力转移到燃 料电池与 其 他 动 力 源 结 合 的 混 动 车［5］。 通 常 采 用 蓄电池（ 如锂离子、镍氢以及铅酸电池等） 或者超级 电容器作为辅助动力源与燃料电池并联应用，共同 为汽车提供能源。这种混合燃料电池车可以使其输 出的功率降低并提高了整车的经济性和动态性［6］。