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燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是利用氢气等燃料和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能,并作为主要动力源驱动的汽车。

燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种,在车身、动力传动系统、控制系统等方面,燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同,主要区别在于动力电池的工作原理不同。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。电化学反应所需的还原剂一般采用氢气,氧化剂则采用氧气,因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料,氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。

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。 [1]

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。

燃料电池的种类繁多,通常可以依据其工作温度、燃料种类、电解质类型进行分类。按工作温度,燃料电池可分为高、中、低温型三类。工作温度从常温至100℃为低温燃料电池;工作温度100℃~300℃为中温燃料电池;工作温度在500℃以上为高温燃料电池。按燃料来源,燃料电池可分为两类,第一类是直接式燃料电池,即燃料直接使用氢气;第二类是间接式燃料电池,其燃料是通过某种方法把氢气(H2)、甲烷(CH4)、甲醇(CH3OH)或其他烃类化合物转变成氢或富含氢的混合气供给燃料电池。按电解质划分,燃料电池大致上可分为五类:①碱性燃料电池(AFC)。②磷酸型燃料电池(PAFC)。③固体氧化物燃料电池(SOFC)。④熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)。⑤质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

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。


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