燃料电池汽车的结构有多种形式,按照驱动形式,其可分为纯燃料电池驱动和混合驱动两种形式。目前燃料电池电动汽车绝大多数采用的是混合式燃料电池驱动系统,即以燃料电池系统作为主动力源,又增加了蓄电池组或超级电容作为辅助动力源。燃料电池可以只满足持续功率需求,借助辅助动力源提供加速、爬坡等所需的峰值功率,而且在制动时可以将回馈的能量存储在辅助动力源中。燃料电池电动汽车的动力系统由燃料电池发动机(发电系统)、辅助动力源、DC/DC变换器、DC/AC逆变器和驱动电动机以及各相应的控制器,再加上机械传动与车辆行驶机构等组成 。氢气发电和热能利用可以大幅降低能源消耗和环境污染。山东氢能源实训室建设厂家
氢燃料电池发动机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,主要由燃料电池电堆、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等组成。氢燃料电池发动机工作过程中不涉及燃烧,无机械损耗,能量转化率高,产物只为电、热和水,被称为“环保发动机”。燃料电池发动机系统:氢燃料电池汽车的关键为燃料电池发动机系统,关系着整车运行的安全性,对燃料电池汽车是否具备成熟、可靠的性能表现具有重要影响。燃料电池发动机主要部件包括电堆、发动机控制器、氢气供给系统、空气供给系统等。成都氢能源实训室建设功能氢气制备的成本和能源消耗是氢能技术普及和推广的重点。
对于采用辅热达到冷启动的燃料电池系统,在低温启动时都要求外界快速给予足够电能去升温。除了外接电源外,一能够提供电能的就是动力电池部分了。这对动力电池的低温性能是个考验。动力电池多数都有充放电次数的要求。关于动力锂电池电芯循环使用次数国家强制要求必须要在1000次以上,磷酸铁锂一般可以做到2000次,而三元锂离子电池一般也能1000次以上。电池循环次数是以周期来计算的,也可以反过来说锂离子电池充电周期是以循环次数来计算的。假设锂离子电池的寿命是500个充电周期。怎么才能算作是一个充放电周期呢?一个充电周期意味着锂离子电池的所有电量由满用到空,再由空充到满的过程,这并不等同于充一次电。所谓的500次,是指锂离子电池厂家在恒定的放电深度(80%)实现了625次左右的可充次数,达到了500个充电周期。再来个算式就更清楚了:625×80%=500.(忽略锂离子电池容量减少等因素)。
燃料电池系统指用于车辆、游艇、航空航天及水下动力设备等作为驱动动力电源或辅助动力,通过电化学反应过程将反应物(燃料和氧化剂)的化学能转化为电能和热能的系统。燃料电池系统原理如图3-1所示,整个燃料电池系统由燃料电池堆、空气供应子系统、氢气供应子系统、水热管理子系统、控制子系统组成。燃料电池堆是整个系统电化学反应的场所,其他子系统主要是相互协调确保燃料电池堆的电化学反应能够正常、高效可靠地工作。燃料电池堆由多个单体电池、隔板、冷却板、进气歧管等构成,是把富氢气体和空气进行电化学反应生成直流电,并同时产生热、水等其他副产物的总成。燃料电池堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件 (MEA)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,即构成质子交换膜燃料电池堆。氢能技术的市场前景吸引了越来越多的企业投入到氢能领域的研发和应用中。
用作发动机燃料的氢气,可通过甲醇重整等方法获得。液态的甲醇便于被汽车加灌和配带;甲醇能从许多种植物或化工废料中提取,易于燃料站的设立;这些都有利于氢燃料在传统发动机上的应用。上世纪90年代,国内外相继有汽车厂研制出 100%燃烧甲醇的发动机。但这类发动机还停留在实验室阶段,没有大范围推广。主要是由于甲醇的雾化条件、燃烧特性、储能密度等与传统燃料汽油、柴油不完全相同,相应对发动机构造要求也不同。各能源按照储能密度大小排序为:汽油 > 甲醇 > 氢燃料电池 > 锂系电池 > 传统 Pb 电池。汽油的发热量是34778 k J,其能量密度约 13073 Wh·kg,远大于其它能源。因此,以汽油为燃料的汽车连续行驶里程大、加速性能和爬坡性能好。在氢燃料中混合一定汽油(或柴油),可以充分利用汽油的高储能密度特性。应用氢气技术可以缓解能源危机,实现可持续发展。成都氢能源实训室建设功能
氢能技术的发展需要克服技术瓶颈和市场障碍,推动实现商业化应用。山东氢能源实训室建设厂家
燃料电池系统的主要研究热点包括:使用轻质材料,优化设计,提高燃料电池系统的比功率;提高PEMFC系统快速冷启动能力和动态响应性能;研究具有负荷跟随能力的燃料处理器;对电池或超级电容、氢气存储进行系统优化设计,提高系统的效率和调峰能力,回收制动能量等。 燃料电池系统除燃料电池本体(发电系统)外,还有一些周围装置,包括燃料重整供应系统、氧气供应系统、水管理系统、热管理系统、直流-交流逆变系统、控制系统、安全系统等。燃料重整供应系统,作用是将外部供给的燃料转化为以氢为主要成分的燃料。如果直接以氢气为燃料,供应系统可能比较简单。若使用天然气等气体碳氢化合物或者石油、甲醇等液体燃料,需要通过水蒸气重整等方法对燃料进行重整。而用煤炭作燃料时,则要先转换为以氢和一氧化碳为主要成分的气体燃料。用于实现这些转换的反应装置分别称为重整器、煤气化炉等。山东氢能源实训室建设厂家