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燃料電池系統關鍵部件介紹

一 氫氣子系統
該子系統的作用是調整氫氣的壓力、對氫氣進行加濕以及為電堆及時提供充足的氫氣,該系統包含的主要零部件是氫氣瓶,重要的工作過程是噴氫循環。對于氫氣瓶,它的設計參數指標主要是流量達28 CFM(800 LPM),壓力達10 psig(700 mbar),采用24V無刷直流電機;對于氫氣循環,有不同的循環方式,如通過引射器、氫氣循環泵、引射器與氫氣循環泵并聯以及引射器與共軌噴氫閥串聯等方式,各有優缺點,其中在多級循環裝置并聯的基礎上,在前端加裝電子共軌噴氫裝置是發展的趨勢;引射器工作范圍在額定功率的23-100%,電堆功率大于30kW時引射比穩定在0.2左右。




二  空氣子系統
對于空氣子系統,主要是通過空壓機為燃料電池及時提供充足的空氣,防止氧氣的供應不足,該系統主要零部件是空氣壓縮機,對于目前燃料電池的空氣系統,無油潤滑離心空壓機是研究和開發的重點??諌簷C的本體、高速電機以及潤滑和軸承的設計比較重要,它的最大外圓直徑195mm,長度319mm;具體結構是高速電機與透平式泵頭;電機轉速需要在100000r/min以內獲得傳統內燃機150000r/min的壓比;電機的潤滑與軸承方案主要有動靜壓水潤滑軸承方案和動壓空氣軸承方案;額定功率15kW。理論上電動離心壓縮機在體積、重量、功率、噪聲及壓比范圍占據優勢,大多廠家在應用時也是首選離心式壓縮機。





三  冷卻子系統
電堆冷卻系統主要是對燃料電池工作產生的熱量以及內部的水進行管理,冷卻系統的組成零部件有電堆、水泵、風扇和散熱器。燃料電池產生的熱量通過冷卻水帶走到散熱器,散熱器將熱量傳遞到環境,從而使電堆溫度維持在80℃左右;燃料電池的散熱與輸出功率之間應當兼顧,對散熱量過大時應及時限制電流。對電堆入口處的要求有:空氣和氫氣均需加濕以及用中冷器冷卻電堆空氣。


4  系統控制
燃料電池系統的正常工作需要它的各個子系統協調配合,這些子系統之間的通訊等需要系統的控制信號進行協調,對不同的燃料電池汽車有不同控制策略的功率閉環控制系統:以跟蹤性能為導向的控制方法適合全功率燃料電池,以過氧比恒定為導向的控制方法適合插電式或增程式燃料電池汽車;采用代碼自動生成技術進行V模型控制器開發;基于模型的控制策略設計;基于耐久性、經濟性和動力性的車用燃料電池系統的控制策略;對電堆內部狀態的實時監測還需要狀態監控系統。DC/DC是閉環功率控制系統的主要零部件,整車通過它向燃料電池系統提取相應的需求功率。



5 燃料電池堆
燃料電池堆是氧化劑與還原劑發生電化學反應轉換成電能的場所。單片燃料電池主要由以下幾部分組成:雙極板(BPP)、氣體擴散層(GDL)、催化層(CL)以及質子交換膜(PEM)。質子交換膜、催化層以及擴散層可構成五合一的膜電極組件(MEA)。車用燃料電池堆由n片MEA和n+1片雙極板交替疊壓密封而成。雙極板用來分隔和分布單電池間的反應氣體,同時也起到水管理、導熱、集流體和機械支撐的重要作用;質子交換膜的主要作用是傳輸質子、分隔反應氣體以及電子絕緣。


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