基于Simulink的PEM燃料电池模拟器

基于Simulink的PEM燃料电池模拟器

摘要：基于一种面向控制的质子交换膜燃料电池的模型，本文中设计并实现了一种新型的燃料电池模拟器软件，利用Matlab/Simulink工具箱以及Matlab的界面编程能力，将燃料电池系统模块化，在GUI界面上，用户可以根据需要组合各个子系统构建燃料电池系统，并能向模块库中添加用户的模块。

关键字：燃料电池，模拟器，Matlab/Simulink

Abstract: Based on a PEM fuel cell model, which is control oriented, This paper realized a tool named FUEL CELL Simulator, with the help of Matlab/Simulink toolboxes and Matlab GUI programming capability. This tool modularized fuel cells and established a subsystem library, thus enable users to group necessary modules to build up specific fuel cell system and also enable users to add modules into library.

Keywords: Fuel cell, Simulator, Matlab/Simulink

1 引言

质子交换膜燃料电池已经大规模的应用在汽车，航天等等领域，因此对其建模，并根据模型性能评估，控制系统设计就显得尤为重要。国际上已有ADVISOR[1]，特定于燃料电池在汽车上模拟。学术界已经提出各种各样的模型，而此类模型大多只模拟燃料电池的部分特性。为了能在工程上使用燃料电池的模型来达到设计控制器以及评估燃料电池，需要一种面向控制的燃料电池模型，Jay T.pukruspan在[2]中提出一种面向控制的燃料电池模型，全面地描述了燃料电池的特性。本文集于此模型，更深入的将燃料电池的各个部分模块化，再基于Matlab/Simulink 和Matlab本身强大的界面编程能力，设计出了一套燃料电池模拟器，用户可以在GUI界面中进行燃料电池系统组合，模拟，辨识以及设计控制器。

2 质子交换膜燃料电池的结构及其面向控制的模型

图1：燃料电池系统的结构图

2.1 燃料电池的结构

燃料电池系统主要包括燃料电池反应堆，压缩机，流量控制器，加热器，散热器，加湿器等，各种不同的燃料电池系统的组成有所区别，图1的结构是复杂系统实验室的燃料电池系统的结构图。将燃料电池系统的各个部件模块化，用户就可以选择所需要的部件，组成合

适的燃料电池系统。

2.2 燃料电池的模型

本文模拟器所使用的模型是基于一种面向控制的质子交换膜的燃料电池模型[2]，下面就对该模型作一些简单的介绍。下面介绍的是电堆的模型。

电流st I 则和电池单元电流相等。电流密度定义为单位电池活性面积的电流，表示为

fc st fc A I i /=。

在所有的电池单元都是同一的假设下，电池堆的电压可以表示为fc st v n v ?= conc ohm act fc v v v E v ---= （1） 开环电压E 通过反应物和产物之间的能量平衡以及法拉第常数计算而得：

)](2

1)([103085.4)15.298(105.8229.12254o H fc fc p In p In T T E +?+-?-=-- (V) (2) 活化作用过电压和电流密度之间的关系可由Tafel 等式描述，近似为：

)1(10i c a act e v v v --+= （3） 则ohm v 和电池堆的电流成正比：

ohm ohm R i v ?= （4）

阻抗ohm R 和交换膜的湿度以及电池堆的温度紧密相关。它和交换膜的厚度m t 成正比。 conc v 的值可以由下列式子近似给出：

3)(max 2c conc i i c i v = （7）

这里max 32,i c c 和是和温度和反应物的压力相关的常数，可以由经验来确定。

由上面的系列公式可以看出：燃料电池的电压输出受到电堆中膜的湿度，反应气体的温度，以及压力的影响。根据这个思路，可以将燃料电池的各个部件设计为输入为前端的这些影响因素，输出同样为这些影响因素。至于其他部件的建模可以参考[2]，[3]。

3 模拟器的设计与实现

为了实现通用模拟器这个最终的目标，模拟器的设计就必须要包含能够达到通用化所必须要有的一些特点，如模块化设计，内置在线辨识算法，支持部件库这些特点。

3.1 模拟器的设计与结构

模块化首先要分析一个完整的燃料电池包括的模块，根据我们的燃料电池（PEM ）可将其分为储氢系统，空气压缩系统，加湿器[6]，温度控制系统，电堆。将这些部件的模型单独设计，然后组合到一起，他们之间的耦合问题根据一些文献是很复杂的[4][5]，如空气的流量对于加湿器的湿度的影响[6]，温度对于通过加湿器的气流的湿度饱和度的影响等等，但为了实现模块化的目标，我们必须将其简化，而且这种简化在模拟器[1]中也都存在。

简化的思路是将前端系统的输出作为后段系统的输入，中间一些耦合就被简化掉，周围环境温度的影响如气流在管道中传输，由于受环境影响，温度降低，湿度发生改变等等。这些影响将其忽略掉。加湿器，压缩机等等就作为一个输入输出模块。从上到下的设计，模拟

器的框图如下的结构。共有九个模块，其中八个模块为燃料电池的组成部分，控制器是根据模型设计的不同的控制器，在模型比较精确的情况下可以提供模拟的功能，为调试各种算法提供一种快捷，安全，经济的途径。

模拟器要调用matlab/simulink实现如下的功能：

GUI界面；燃料电池部件的选择；导入试验数据自辨识（需要定义所导入的数据格式）；算法的导入以及接口问题

以上的问题通过直接使用matlab 的GUI 编程功能不难实现，需要做的是设计一个统一的界面与接口。为了实现以上功能，我们可以将simulator的操作过程定义如下：

图表2 模拟器功能构图

3.2 模拟器的实现

根据设计需求，模拟器需要包括两个方面，第一个是基于Matlab的GUI模拟器软件，可供用户选择，模拟，设计控制算法。第二个是燃料电池的部件库，以供用户选择，组合成适合的燃料电池系统，在本文建立的库中针对三种质子交换膜燃料电池系统建立了部件，同时用户还可以自行添加部件。第二个是基于Matlab的GUI模拟器软件，可供用户选择，模拟，设计控制算法。

图表3 模拟器的实现

上图是仿真器软件先从Matlab/Simulink 选择合适的组件包括在结构章节中所叙述的几大模块，然后进行仿真得到的结果。在图三的左边是仿真之后的曲线，左边是一些参数框，可以控制要显示的曲线，曲线的参数，以及将仿真的曲线和实际的曲线进行对比。

利用Matlab的toolbox可添加用户自定义模型的机理，可以将用户自建的模块放到

Toolbox的库中，在以后实验的时候，通过上面的软件组合，可以自动生成Simulink模拟系统，从而进行仿真。

4结论

燃料电池是最近很活跃的研究领域，很多的理论以及工具不断地出现。本文借助Matlab 的强大能力，将一种燃料电池模型各个部件模块化，成功实现了一种燃料电池模拟器软件，根据需要，可以组合适当的燃料电池系统，再通过友好的GUI界面，用户可以很方便的建立模型，模拟以及设计控制器。

本文创新点：深入将一种面向控制的模型模块化，可以自由组合各种适当的部件，再基于理论设计了一套模拟器软件，为工程以及科学研究提供一种易用但强大的工具。

项目价值：15万元

参考文献:

[1] T. Markel, A. Brooker, T. Hendricks, V. Johnson, K. Kelly, B. Kramer, M. O’Keefe, S. Sprik, K. Wipke ADVISOR a systems analysis tool for advanced vehicle modeling

[2] Jay T.pukruspan, Huei Peng, Anna G.Stefanopoulou Journal of dynamic system, Control-oriented modeling and analysis for automotive fuel cell systems

[3] Sukkee Um, Computational modeling of transport and electrochemical reactions in proton-exchange membrane fuel cells，thesis for PhD degree

[4] Choi KH, Park DJ, Rho YW, et al. A study of the internal humidification of an integrated PEMFC stack，JOURNAL OF POWER SOURCES 74 (1): 146-150 JUL 15 1998

[5] Chen DM, Peng H, A thermodynamic model of membrane humidifiers for PEM fuel cell humidification control, JOURNAL OF DYNAMIC SYSTEMS MEASUREMENT AND CONTROL-TRANSACTIONS OF THE ASME 127 (3): 424-432 SEP 2005

[6] 邓先瑞,李兆娟。PEM燃料电池加湿器温度系统的模型辨识与控制［J］．微计算机信息2006，12-1：14-15

[7] 马天才，孙泽昌，许思传，质子交换膜燃料电池温度控制模拟模型[J]，系统模拟学报，V ol.17,No.3,548~551

燃料电池客车发展情况与技术发展趋势

燃料电池客车发展情况及技术发展趋势一、燃料电池汽车政策分析 《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策方的通知》（财建(2015)134号）中明确：“2017-2020年，除燃料电池汽车外，其他车型补助标准适当退坡”，明确了国家对燃料电池汽车产业发展的支持态度。而《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出，要系统推进燃料电池汽车研发与产业化，到2020年，实现燃料电池汽车批量生产和规模化示应用。 在财政补贴层面，国家也给予了大力支持，包括整车补贴、加氢站补贴、免征购置税以及运营补贴等。其中，整车补贴额度从20万到50万每辆不等，一个加氢站则补贴400万元，运营补贴中，燃料电池客车补贴为6万元/辆/年。 二、氢燃料电池产业链概述 氢燃料电池汽车产业链包括制氢、储氢、运氢、加氢、应用（燃料电池汽车/有轨电车）等环节。 氢气制造一般是通过将化石原料、化工原料、工业尾气、可再生能源以及水等经过处理来获取，每种获取途径其成本和环保属性都不同。中国目前主要通过工业尾气处理以及电解水来制氢。长河认为，对于燃料电池来说，现在配套基础设施还有待进一步完善，需要政府以及行业机构以及专家尽快推进立法和相应的技术标准予以规。

长河表示，制氢的方法和方案比较多，而目前燃料电池汽车使用最大瓶颈和最大的障碍是缺乏加氢站。据其统计，截止到2013年底，全球加氢站只有228座，对于我国来说，我国真正投入商业化、用于燃料电池的加氢站只有两座，仅仅限于国比较大的城市，就是和，处于示运营阶段，与国外说的氢高速公路，也就是一条高速公路有多个加氢站相比，差距比较大。 在整个氢燃料电池产业链中，氢燃料电池发动机处于绝对的核心地位，氢燃料经过发动机转化为电能应用到终端。长河表示，目前制约中国燃料电池汽车发展的瓶颈，就是氢燃料电池发动机。虽然国有不少高校和相应科研机构以及企业，在就燃料电池发动机技术展开相应研究和示性运营应用，但是氢燃料电池发动机核心技术，这两年通过评估，能够达到产业化或者达到工业化应用的，核心技术仍然掌握在国外企业手中。

燃料电池的原理及发展

燃料电池原理与发展 燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转换为电能，因此，它没有像普通火力发电厂那样的通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可避免过程中转换损失，达到市制发电效率。 近20多年来，燃料电池经历了碱式、磷酸、熔融碳酸盐和固体电解质等几种类型的发展阶段。美、日等国已相继建立了一些碳酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂和质子交换膜燃料电池电厂。燃料电池的结构与普通电池基本相同，有阳极和阴极，通过电解质将这两个电极分开。与普通电池的区别是，燃料电池是开式系统。它要求连续供应化学反应物，以保证连续供电。其工作原理：燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。 介绍一下熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）一、MCFC概述 1.1 燃料电池简述燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，结构如图1-1所示。它的发电方式与常规的化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢)的氧化过程，阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成总的电回路。在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行，即在燃料电池内，可在其操作温度下利用化学反应的自由能。但是，燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。同汽油发电机相似，它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。当电池工作时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时排出一定的废热，以维持电池温度的恒定。燃料电池本身只决定输出功率的大小，其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。总体上，燃料电池具有以下特点： (l) 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。 (2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。

国内燃料电池汽车发展现状分析

国内燃料电池汽车发展现状分析正文目录 在政策支持方面，我国政府也非常重视燃料电池汽车等清洁汽车技术的发展。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出：“增强汽车工业自主创新能力，加快发展拥有自主知识产权的汽车发动机、汽车电子、关键总成及零部件。鼓励开发使用节能环保和新型燃料汽车”。2006年2月，国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将“低能耗与新能源汽车”和“氢能及燃料电池技术”分别列入优先主题和前沿技术。在国家《节能中长期专项规划》及相应的十大重点节能工程中，强调要“发展混合动力汽车、燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等清洁汽车”。国家发展和改革委员会与科学技术部共同向社会公布的《中国节能技术政策大纲》中同样也强调要“研究电动汽车等新型动力”。“九五”和“十五”期间，国家都把燃料电池汽车及相关技术研究列入科技计划，国家863计划和973计划都设立了许多与此相关的科研课题。“十五”国家重大科技专项之一的“电动汽车专项”将燃料电池汽车列为重要内容，国家投人近9亿元。“十一五”国家继续支持“节能与新能源汽车”，包括燃料电池汽车的研究。 在技术现状方面，1998年，清华大学研制出中国第一辆燃料电池汽车，其燃料电池由北京富源燃料电池公司提供；1999年北京富源燃料电池公司与清华大学合作开发出燃料电池乘用车；2001年，北京绿能公司与清华大学和北京工业学院合作，研制出以燃料电池为动力的出租车、客车和12个座位的公共汽车；2004年，国家甲醇燃料汽车示范工程在长治正式启动并通过了国家验收；2005年，上海神力科技有限公司研制的绿色燃料电池游览车投入试运，总行驶里程达1.2万公里，无故障运行时间达2000小时；2006年，由同济大学等单位共同研发“超越三号”燃料电池轿车在第八届“比比登清洁能源汽车挑战赛”中表现抢眼，四项比赛评分均为“A”，并在两个单项比赛中获得第一。 我国燃料电池汽车研发采用了与国际同领域权威单位不同的技术路线，开发出了独具特色的能量混合型和功率混合型两种燃料电池混合动力系统，具有电——电混合、平台结构、模块集成的技术特征，燃料经济性高于国外同类样车特别是纯燃料电池驱动模式样车，轿车和客车两种车型节氢效果均十分显著，现已经成为国际上主流构型。新一代的燃料电池汽车动力平台也已经基本建立。 在产业化目标方面，我国燃料电池电动汽车产业化目标是，2006～2010年期间，通过示范运行，找出薄弱环节，攻克技术难关，实现燃料电池电动汽车的小批量试制；2010～2020年，争取燃料电池电动汽车的批量生产；2020～2030年，我国电动汽车整体技术水平要基本与国际电动汽车水平相当，并且实现燃料电池电动汽车的大批量生产。 在燃料电池汽车的实际应用方面，我国于2003年与2007年分别启动了两期燃料电池公共汽车商业化示范项目。该项目是中国政府、全球环境基金(GEF)和联合国开发计划署(UN—DP)共同支持的项目，由科技部、北京市、上海市共同组织实施，目的是为了降低燃料电池公共汽车的成本，借助在北京和上海两市进行的燃料电池公共汽车和供氢设施的示范，加快其技术转化。北京市、上海市各采购6辆燃料电池公共汽车，进行示范运行。2008年北京奥运会，基于上海大众领驭平台的燃料电池轿车作为我国首款燃料电池轿车进入国家汽车产品公告，20辆领驭燃料电轿车为奥运会提供交通服务，运行总里程超7.6万km。

燃料电池原理及习题解答

燃料电池原理及习题解答 在中学阶段，掌握燃料电池的工作原理和电极反应式的书写是十分重要的。所有的燃料电池的工作原理都是一样的，其电极反应式的书写也同样是有规律可循的。书写燃料电池电极反应式一般分为三步：第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，再写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。下面对书写燃料电池电极反应式“三步法”具体作一下解释。 1、燃料电池总反应方程式的书写 因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。 2、燃料电池正极反应式的书写 因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O2＋4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情况归纳如下。 ⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸） 在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。 ⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液） 在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H2O生成OH-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O2＋2H2O +4e-=4OH-。 ⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物） 在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在， O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2 +4e-=2CO32-。 ⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇） 该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O2＋4e-=2O2-。

燃料电池汽车的动力传动系统设计

燃料电池汽车的动力传动系统设计 1引言 燃料电池汽车是电动汽车的一种。 燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动 机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动 ，就可使车辆在路上行驶，燃料电池的能量转 换效率比内燃机要高 2-3倍。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物 ，因此燃料电池车 辆是无污染汽车。随着对汽车燃油经济性和环保的要求 ，汽车动力系统将从现在以汽油等化 石燃料为主慢慢过渡到混合动力 ，最终将完全由清洁的燃料电池车替代。 近几年来，燃料电池系统和燃料电池汽车技术已经取得了重大的进展。世界著名汽车制 造厂，如丰田、本田、通用、戴姆勒-克莱斯勒、日产和福特汽车公司已经开发了几代燃料电 池汽车，并宣布了各种将燃料电池汽车投向市场的战略目标。 目前，燃料电池轿车的样车正在 进行试验，以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。其中本 田的FCX Clarity 最高时速达到了 160 km/h[8];丰田燃料电池汽车 FCHV-adv 已经累计运行 了 360,000 km 的路试,能够在零下37度启动，一次加氢能够从大阪行驶到东京 （560公 里）。 在我国科技部的支持下，燃料电池汽车技术得到了迅速发展。 2007年，我国第四代燃料电池 轿车研制成功，该车最高时速达150 km/h,最大续驶里程319 km 。2008年,20燃料电池示范 汽车又 在北京奥运进行了示范运行。 2010年，包括上汽、奇瑞等国内汽车企业共有 196辆燃 料电池汽车在上海世博园区进行示范运行。 燃油绘济性 排放环保 l ;uel economic exhaust eih ironmen(al protection Internal combustion engine Shori peicxl Mid peitxl Long pei

(完整版)试简述五大类燃料电池的工作原理和各自的特点

三、试简述五大类燃料电池的工作原理和各自的特点 燃料电池按燃料电解质的类型来分类的，可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PENFC)五大类。 3.1 碱性燃料电池（AFC） 碱性燃料电池是该技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航天飞机提供动力和饮用水。 3.1.1原理 使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，且电化学反应也与羟基（OH）从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。这些电子是用来为外部电路提供能量，然后才回到阴极与氧和水反应生成更多的羟基离子。 负极反应：2H2 + 4OH-→ 4H2O + 4e- 正极反应：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- 碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固定发电装置。 如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。 3.1.2 特点 低温性能好，温度范围宽，并且可以在较宽温度范围内选择催化剂，但是才用的碱性电解质易受CO2的毒化作用因此必须要严格出去CO2，成本就偏高。 3.2 磷酸燃料电池（PAFC） 磷酸燃料电池（PAFC）是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。正如其名字所示，这种电池使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于

燃料电池汽车动力总成结构配置及参数优化匹配.

2006年(第28卷)第8期 汽车工程AutomotiveEngineering 2006(Vo.l28)No.8 2006163 燃料电池汽车动力总成结构配置及参数优化匹配 贠海涛,万钢,孙泽昌 (同济大学汽车学院,上海 201804) [摘要] 结合燃料电池大客车动力系统的实际开发过程,分3个步骤阐述燃料电池汽车动力总成结构配置和参数匹配的一般方法。第1步,通过分析燃料电池的特性论证了动力总成结构配置的优化解决方案。第2步,通过分析不同类型功率部件特性阐述了主要功率部件选型的依据,并且根据设计性能要求进行动力总成主要部件基本参数设计。第3步,进行燃料电池混合动力总成参数优化匹配的研究。仿真和实验台测试的结果证明所设计的燃料电池大客车动力总成满足要求。 关键词:燃料电池汽车,动力总成,结构配置,参数匹配AStudyonConfigurationandParametersOptimizationof Drive-trainforFuelCellVehicle YunHaitao,WanGang&SunZechang AutomobileSchool,TongjiUniversity,Shanghai 201804 [Abstract] Aimingatthedevelopmentofafuelcellbusdrive- train,ageneralmethodoftheconfigurationandparametersoptimizationofadrive-trainforfuelcellvehicleispresentedwiththreesteps.Firs,taconfiguration schemeofhybriddrive-trainsystemisadoptedbasedontheanalysisonthecharacteristicsoffuelcel;lSecond,ac-cordingtotheperformancerequirementsoffuelcellvehicle,theappropriatetypesofmajorpow ercomponentsareselectedandtheirbasicparametersaredefined;Third,anoptimizingsimulati oniscarriedoutontheparametersofhybridpowersystemoffuelcellbus.Theresultsofsimulatio nandtestsshowthattherequirementsoffuelcellbusareme.t Keywords:Fuelcellvehicle,Drive-train,Configuration,Parametersoptimization 系统结构简单等优点,但同时也存在一些问题。 1 前言 从能量转换角度看,燃料电池汽车与传统汽车有着本质的区别,这就要求燃料电池汽车动力系统采用全新的结构形式。文中在深入分析燃料电池动力系统特性的基础上,结合燃料电池大客车动力系统的实际开发过程,系统研究并提出了燃料电池汽车动力总成结构设计及参数匹配的一般方法。

燃料电池电动汽车发展现状与前景

燃料电池电动汽车发展现状与前景 随着社会的进步和人员移动性增强，全球汽车需求 量快速增长，迄今世界上的汽车保有量达到创纪录的10 亿 辆以上且还在不断大幅增长，使得基于传统的内燃机 Internal Combustion Engine ，ICE )汽车的轻量化与节能减排等技术进步难以降低汽车燃料的消耗和减少污染物的排放。2020 年之前温室气体(Greenhouse Gas ，GHG) 排放在1990 年水平基础上下降20% 的任务日益艰巨。如果再不采取有效措施，公路交通运输车辆的GHG 温室气体排放将会持续不断增长。通过研讨纯电动汽车( Battery Electric Vehicle ，BEV ）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle HEV )、或燃料电池电动汽车( Fuel Cell Vehicles ，FCVs ； Fuel Cell Electric Vehicles ，FCEVs ）等多种类型的电动汽车( Electric Vehicle ，EV )技术[3-5]有望明确实现节能减排 的理想途径。自1966 年通用汽车推出了世界上第1 款燃料电池电动汽车GMC Electrovan ，尤其是本田在1999 年推出了世界上第1 台商用的燃料电池电动汽车FCX-V4 以来，世界上EV 电动汽车型号不断丰富和租赁销售量明显增长，太、北美和欧洲成长为全球EV 电动汽车重要的新车研发制造和租赁销售市场，2014 年全世界的EV 电动汽车销售量达到34.6 万辆以上，年增长率达到86% 。

燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来 得到国内外高度重视，成为最被看好的可用于替代汽油和柴 油等传统的 ICE 内燃机发动机技术的先进新能源汽车技术。 日本政府希望其到 2020 年的 FCVs 燃料电池汽车销量达到 500 万辆，再通过 10 年的研发推广实现全面普及 FCVs 燃 料电池汽车。 美国政府在 2003 年投入 12 亿美元大力推进氢 技术和燃料电池技术，其中重要项目之一就是美国能源部 Department of Energy ， DOE ）在北加州、南加州、密歇 展的氢技术和基础实施验证与示范综合工程，吸引了 Hyundai-Kia/Chevron 、 DaimlerChrysler/BP 、 Ford/BP 和 GM/Shell 等多家汽车制造 /能源供应商参与。 美国能源部大力推进氢经济和燃料电池技术，尤其是商 业化推广应用方面取得显著进展，比如目前高容量和低容量 燃料电池制造成本分别为 55 美元 /kW 和 280 美元 /kW[6] ， 汽车燃料电池 2014 年的制造成本自 2006 年下降 50% 并自 2008 年以来进一步下降 30% 以上（基于高容量电池制造） 这必将带动创造工作岗位、投资机会和可持续、安全的能源 供应。为了在 2020 年前争取把欧盟建立成一个具有全球领 先水平的燃料电池 （Fuel Cell ，FC ）系统和氢能源 （Hydrogen Energy ，HE ） 经济的巨大市场，欧盟高度重视燃料电池技术 和氢能源技术并把之视作能源领域的战略高新技术大力推 根州东南部、大西洋区中部和佛罗里达州中部等 5 个区域开 f It 步

燃料电池的基本工作原理及主要用途

简述燃料电池的基本工作原理及主要用途 1.燃料电池的工作原理 燃料电池是一种按电化学原理，即原电池的工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的能量转换装置。其单体电池是由电池的正极(即氧化剂发生还原反应的阴极)、负极(即还原剂或燃料发生氧化反应的阳极)和电解质构成，燃料电池与常规电池的不同之处在于，它的燃料和氧化剂不是贮存在电池内，而是贮存在电池外部的贮罐内，不受电池容量的限制，工作时燃料和氧化剂连续不断地输入电池内部，并同时排放出反应产物。 以磷酸型燃料电池为例，其反应式为： 燃料极(阳极) H2→2H++2e- 空气极(阴极) 1／2O2+2H++2e-→H2O 综合反应式H2+1／2O2→H2O 以上反应式表示：燃料电池工作时向负极供给燃料(氢)，向正极供给氧化剂(空气)，燃料(氢)在阳极被分解成带正电的氢离子(H+)和带负电的电子(e-)，氢离子(H+)在电解质中移动与空气极侧提供的O2发生反应，而电子(e-)通过外部的负荷电路返回到空气极侧参与反应，连续的反应促成了电子(e-)连续地流动，形成直流电，这就是燃料电池的发电过程，也是电解反应的逆过程。 2. 燃料电池的应用 2.1能源发电 燃料电池电站的每一套设备都包括了一整套采用天然气发电的电力系统。分为以下几个分单元：①燃料电池组②燃气制备③空气压缩机④水再生利用⑤逆变器⑥测量与控制系统。燃料电池组产生的直流电通过逆变器转换成电力系统所需的交流电。各国工业界人士普遍对于燃料电池在发电站的应用前景看好。 2.2汽车动力 目前，各国的汽车时用量均在不断增加，其排放的尾气已成为城市环境的主要污染源之一，特别是发展中国家，由于环境治理的力度不够，这一问题更加突出。于是人们要求开发新型的清洁、高效的能源来解决这一问题。质子交换膜燃料电池的出现，解决了燃料电池在汽车动力成本和技术方面存在的若干问题，使燃料电池电动车的开发和使用成为可能。这种电池具有室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等特点，适合做汽车动力，是目前世界各国积极开发的运输用燃料电池。 2.3家庭用能源 天然气作为一种洁净的能源已经在家庭中被广泛使用，但其主要被用于炊事和生活热水，以天然气为燃料的燃气电池在家庭中的广泛应用在开辟了天然气在家庭中一种新的用途的同时也将解决目前高峰用电紧张的状况。家庭的一切用电无论是电视机、冰箱、空调等家用电气还是电脑等办公设备都可以通过燃料电池来提供电源，作为家庭使用的分散电源，并可同时提供家庭用热水和采暖，这样可将天然气的能量利用率提高到70％～90％。 2.4其它方面的应用 碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池运行时基本没有红外辐射，而且噪音小，用做潜艇动力，可大大提高其隐蔽性；同时由于它们可在常温下启动工作，且能量密度高，还是理想的航天器工作电源。此外，质子交换膜燃料电池还可用作野外便携式电源。 总之，燃料电池的用途将越来越广泛，它将遍布我们身边的每个角落，成为我们生活中不可缺少的能量来源。

2020年中国燃料电池汽车行业发展现状分析 大规模量产可显著实现降本提效

2020年中国燃料电池汽车行业发展现状分析大规模量产可 显著实现降本提效 大规模量产可显著降低燃料电池成本 2019年中国燃料电池汽车产销量分别达2833辆和2737辆，其中N2车型产量占比过半，12月份国内FCV(燃料电池汽车)产量规模占全年一半左右。 2019年我国氢燃料电池装机量为128.1MW，同比增长140.5%2上半年，企业装机功率集中在30-45kW之间，而下半年企业装机功率多为45-60kW之间。美国能源局研究显示，大规模量产可显著降低燃料电池成本。 1、2019年中国燃料电池汽车产销量分别达2833辆和2737辆 中国汽车工业协会发布的数据显示，2019年，我国燃料电池汽车产销分别完成2833辆和2737辆，同比分别增长85.5%和79.2%。从2016年到2019年，国内燃料电池汽车销量逐年增加。或受到疫情影响，截止至2020年1-5月中国燃料电池汽车产销分别完成309辆和322辆，同比分别下降44.1%和40.9%。 目前，国内氢燃料电池汽车保有量超6000辆，已达成《节能与新能源汽车技术路线图》中到2020年实现5000辆燃料电池汽车规模的阶段性目标。预计2020年能达1万辆，超先前预期。

2、2020年12月中国燃料电池汽车集中放量 其中2019年12月国内FCV(燃料电池汽车)产量规模占全年一半左右，12月放量主要是因为： 1)氢燃料电池汽车在11月份及之前完成生产，12月份获得生产合格证; 2)氢燃料电池汽车国补迟迟未出，企业为避免补贴政策在2020年出现大变化，集中于2019年年底完成当年燃料电池汽车生产计划; 3)各地政府在2019年年底和2020年年初集中释放订单需求，各车企为保障订单供应而提前生产，集中于2019年年底完成订单交付。如佛山386辆燃料电池汽车采购项目，常熟20辆氢燃料电池汽车交付。 3、N2车型产量占比过半 2019年N2车型产量占比为55.37%，其次为M3车型，占比34.06%。M1类车型(没有产出。由于中国明确了商用车先行先试的路线，FCV乘用车停滞了。2017年以来，中国没有一辆FCV乘用车产出。

《燃料电池汽车现状与发展趋势》毕业论文解读

宜宾职业技术学院 毕业论文 题目：燃料电池汽车现状与发展趋势 系部现代制造工程系 专业名称新能源汽车技术专业 班级新能源汽车 11201 班 姓名* * 学号201210388 指导教师王诗平 2014 年09 月25 日

浅析燃料电池汽车现状与发展趋势 摘要 随着汽车的发展，传统汽车工业的可持续发展面临着环境污染和能源短缺的双重压力。改变汽车动力系统已成为必然之势，而燃料电池汽车的发展则成为重中之重。本文从燃料电池汽车的研究背景入题，综合介绍了燃料电池系统和燃料电池汽车系统的组成与工作原理、国内外的技术现状、全面发展的优势和发展中所面临的问题以及对发展趋势的分析。 关键词：燃料电池；燃料电池汽车；汽车结构；节能环保

目录 1前言 (1) 2燃料电池汽车的结构原理 (3) 2.1 燃料电池系统的组成和工作原理 (4) 2.2 燃料电池汽车的系统组成和工作原理 (6) 2.2.1 燃料电池单独驱动汽车动力系统 (7) 2.2.2燃料电池混合动力汽车动力系统 (8) 2.3 典型的燃料电池汽车结构 (10) 3燃料电池汽车的现状分析 (15) 3.1 国外燃料电池汽车的现状 (15) 3.1.1 美洲燃料电池汽车的现状 (16) 3.1.2 欧洲燃料电池汽车的现状 (16) 3.1.3 亚洲燃料电池汽车的现状 (17) 3.2 我国燃料电池汽车的现状 (17) 3.3 国内外技术现状的对比分析 (19) 3.3.1 燃料电池汽车整车集成技术 (19) 3.3.2 燃料电池汽车发动机技术 (20) 3.3.3 高压储氢系统技术 (22) 3.4 燃料电池汽车与纯电动汽车的对比分析 (22) 4 燃料电池汽车发展趋势的分析 (23) 4.1 燃料电池汽车的发展优势 (23) 4.2 燃料电池汽车发展所面临的问题 (23) 4.3 燃料电池汽车的发展趋势 (24) 5 总结 (27) 致谢 (28) 参考文献 (29)

燃料电池分类及工作原理

一、燃料电池的工作原理 燃料电池是用一种特定的燃料，通过一种质子交换膜（PEMProtonExchangeMembrane）和催化层（CLCatalystLayer）而产生电流的一种装置，这种电池只要外界源源不断地供应燃料（例如氢气或甲醇），就可以提供持续电能。它的工作原理，是利用一种叫质子交换膜的技术，使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下，在阳极将氢气催化分解成为质子，这些质子通过质子交换膜到达阴极，在氢气的分解过程中释放出电子，电子通过负载被引出到阴极，这样就产生了电能。 在阳极经过质子交换膜和催化剂的作用，在阴极质子与氧和电子相结合产生水。也就是说燃料电池内部的氢与空气中的氧进行化学反应，生成水的过程，同时产生了电流，也可以理解为是电解水的逆反应。 燃料电池在阳极除供应氢气外，同时还收集氢质子（H＋），释放电子；在阴极通过负载捕获电子产生电能。质子交换膜的功能只是允许质子H＋通过，并与阴极中的氧结合产生水。这种水在反应过程中的温度作用下，以水蒸气的形式散发在空气中（对汽车用的大功率燃料电池就要设置水的回收装置）。注意，用氢作燃料电池所生成的是纯净水可以饮用，而用甲醇作燃料生成的水溶液中可能产生甲醛之类有毒物质不能饮用。图1为燃料电池工作原理的示意图。

二、燃料电池的分类 由于人们是从不同角度来研究和开发燃料电池的，所以其种类也繁多，但目前主要有3种。 1 质子交换膜技术 质子交换膜技术（或者称聚合物电解液膜技术）——简称PEMFC （ProtonExchangeMembreneFuelCell）。由于它能提供比传统锂离子电池大约高出5～10倍的能量密度，比甲醇燃料电池也有更高的能量密度，所以，人们都看好质子交换膜技术的氢燃料电池，虽然它还存在着储存及安全等问题，但人们正在克服它，最终有望在3～5年实现可存储在像打火机大小的容器中，充一次氢气发电可供手机使用几天，它将是未来便携式电子产品供电系统的首选。 2 直接甲醇燃料电池 直接甲醇燃料电池——简称DMFC（DirectMethanolFuelCell）。它是以甲醇为燃料，通过与氧结合产生电流的，优点是直接使用甲醇，省去了氢的生产与存储，因为，在汽车上早已使用甲醇溶液作为挡风玻璃的刮洗液了，故不存在安全问题。但甲醇存在泄漏问题，虽然用水稀释可以解决，但是电解效率却大大降低，目前正在解决渗漏问题。 3 直接乙醇燃料电池 直接乙醇燃料电池——简称DEFC（DirectEthanolFuelCell）。为避免甲醇的渗漏问题，而采用乙醇，它也是由两个电极、燃料及电解液组成的。

氢氧燃料电池性能测试实验分析报告

氢氧燃料电池性能测试实验报告 冯铖炼 实验目的 1. 了解燃料电池工作原理 2. 通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3. 研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4. 熟悉电子负载、直流电源的操作 ， 匚作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂， 氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将 化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、 氧气在电极上的催化 剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电， 在氧电极上由于缺少电子 而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分 解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接 在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。 这正是水的电 解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂 全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在 电池外部它只是提供一个反应的容器 学号: 1141440057 指导老师: 索艳格 姓名:

氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池， 它利用物质发生化学反应时释出的能量, 直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是, 于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间 的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成， 2013年正发展为直接使 用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气），。氢在负极 分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载 就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。 这 正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有 异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，-所以也可称它为一种"发电机"。 i 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。 发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢一氧燃料电池有酸式和碱式两种: 'I 若电解质溶液是碱、盐溶液则 负极反应式为：，2H2 + 4OH- - 4e~二4场0 正极反应式为：+ 2H2 O + 4广二4OH ■ 若电解质溶液是酸溶液则 负极反应式为：2H2 _ 4牴 —4H 正极反应式为：°2 + 4广+ 4H*二2H2O 总反应方程式为： 2H2 + 02二2H2 O 在碱溶液中，不可能有H+出现，在酸溶液中，不可能出现 0H —。 实验步骤 ① 连接电子负载，测量开路电压 它工作时需要连续地向其供给反应物质 燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由 在正、负极上

国内外推动燃料电池汽车发展规划详解及市场现状分析

国内外政策不断释放，燃料电池汽车处于爆发前夕 1、主要发达国家和我国都对燃料电池汽车提出了积极的发展规划 世界主要发达国家积极推进氢能和燃料电池产业发展。日本、美国、韩国、欧洲等国家 氢燃料电池汽车的研发与商业化应用发展迅速，各国均制定了燃料电池行业中长期发展规划并 投入巨额补贴，日本由于其自身的资源匮乏，甚至将发展氢能和燃料电池技术提升到了国家战 略层面。 表7:海外主要发达国家燃料电池汽车发展规划（辆） 国家2017 2020 2022 2025 2028 2030 美国4,500 13,000 40,000 1,000,000 日本2,400 40,000 200,000 800,000 法国250 5,000 20,000-50,00 荷兰41 2,000 韩国81,000 1,800,000 国内政策对燃料电池汽车持续加强战略支持。我国自2002年起即确立了以混合动力汽车、 纯电动汽车、燃料电池汽车为“三纵”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机和动力电池为 “三横”的电动汽车“三纵三横”研发布局。从2012年的节能与新能源汽车产业发展规划起， 持续加强对于燃料电池汽车的战略支持与产业引导。各项科技发展规划或纲要明确提出加强燃 料电池电堆、发动机及其关键材料核心技术研究，提出重点围绕燃料电池动力系统等 6 大创 新链进行任务部署，支持燃料电池全产业链技术攻关。在财政补贴方面，2016-2020年持续实 施燃料电池汽车推广应用补助政策，根据 2020 年发布的后续通知，将对燃料电池汽车的购置 补贴调整为选择有基础、有积极性、有特色的城市或区域，重点围绕关键零部件的技术攻关和 产业化应用开展示范，中央财政将采取“以奖代补”方式对示范城市给予奖励。 表8:2016-2020燃料电池新能源汽车推广应用财政支持政策

国外燃料电池汽车发展现状

国外燃料电池汽车发展现状（转贴） －－2010年世界上氢燃料电池汽车时代序幕早已拉开 2010-04-15 11:59 关键字：燃料电池汽车燃料电池车燃料电池技术 当前在可用于替代汽油和柴油发动机的技术中，最被看好的是燃料电池技术。燃料电池汽车具有安静、高效和零污染（或低污染）排放的特点，同时续驶里程完全可以和内燃机汽车相媲美，具有结束内燃机汽车百年统治地位的潜力。但各国政府在对研发燃料电池技术上也存在分歧，在支持力度上也各不相同。 （下图：通用为宜家制造的“氢动3号”燃料电池示范车）

在日本，日本经济产业省前几年就对燃料电池汽车开发与推广制定了时间表，其战略目标是：到2020年,日本使用的燃料电池汽车达到500万辆；到 2030年，要全面普及燃料电池汽车。近期，日本又计划在 5 年内斥资 2090 亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以及氢燃料电池科技。 在美国，燃料电池电动车曾被美国前总统布什作为“氢经济”论的“法宝”大肆宣传，但2006年2月他已改变了腔调，承认燃料电池电动车“不是近期的解决方法，也不是中期的解决方法，而确实是远期的方法”。在布什第二任总统任期的后3年里，“氢经济”论在美国已气息奄奄，燃料电池的研发重点已转向了基础性研究。2009年5月，美国政府正式宣布停止支持燃料电池电动车的研发。 美国燃料电池汽车FreedomCAR协作计划 美国燃料电池汽车FreedomCAR协作计划是美国政府 于2002年初提出的一项由美国能源部与美国汽车研究理 事会（USCAR）合作开发经济上可承受的氢气燃料电池汽车技术及相关氢气供应基础设施技术的合作研发项目。美国

燃料电池的工作原理

燃料电池的工作原理 作者:佚名来源:不详录入:Admin更新时间：2008-8-18 10:07:07点击数：8 【字体：】 燃料电池的一般结构为:燃料（负极）|电解质（液态或固态）|氧化剂（正极）。在燃料电池中,负极常称为燃料电极或氢电极,正极常称为氧化剂电极、空气电极或氧电极。燃料有气态如氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物,液态如液氢、甲醇、高价碳氢化合物和液态金属,还有固态如碳等。按电化学强弱,燃料的活性排列次序为：肼>氢>醇>一氧化碳>烃>煤。燃料的化学结构越简单,建造燃料电池时可能出现的问题越少。氧化剂为纯氧、空气和卤素。电解质是离子导电而非电子导电的材料,液态电解质分为碱性和酸性电解液, 固态电解质有质子交换膜和氧化锆隔膜等。在液体电解质中应用微孔膜,0.2mm～0.5mm厚。固体电解质为无孔膜,薄膜厚度约为20μm。 燃料电池的反应为氧化还原反应,电极的作用一方面是传递电子、形成电流;另一方面是在电极表面发生多相催化反应,反应不涉及电极材料本身,这一点与一般化学电池中电极材料参与化学反应很不相同,电极表面起催化剂表面的作用。 在氢氧燃料电池中,氢和氧在各自的电极反应。氧电极进行氧化反应,放出电子,氢电极进行还原反应,吸收电子,总反应为: O2＋2H2→2H2O 反应结果是氢和氧发生电化学燃烧,生成水和产生电能。由热力学变量可得到以下理论电动势和理论热效率公式： Eo=－(ΔG/2F)=1.23V η=ΔG/ΔH=83.0％ 式中,ΔG和ΔH分别为自由能变化和热焓变化,F是法第常数。

燃料电池工作的中心问题是燃料和氧化剂在电极过程中的反应活性问题。对于气体电极过程,必需采用多孔气体扩散电极和高效电催化剂,提高比表面,增加反应活性,提高电池比功率。 氢在负极氧化是氢原子离解为氢离子和电子的过程,若用有机化合物燃料,首先需要催化裂化或重整,生成富氢气体,必要时还要除去毒化催化剂的有害杂质。这些反应可在电池内部或外部进行,需附加辅助系统。正极中的氧化反应缓慢,燃料电池的活性主要依赖正极。随着温度升高,氧的还原反应有相当的改善。高温反应有利于提高燃料电池反应活性。 对于燃料电池发电系统,核心部件是燃料电池组,它由燃料电池单体堆集而成,单体电池的串联和并联选择,依据满足负载的输出电压和电流,并使总电阻最低,尽量减小电路短路的可能性。其余部件是燃料预处理装置、热量管理装置、电压变换调整装置和自动控制装置。通过燃料预处理,实现燃料的生成和提纯。燃料电池的运行或起动,有的需要加热,工作时放出相当的热量,由热量管理装置合理地加热或除热。燃料电池工作时,在碱性电解液负极或酸性电解液正极处生成水。为了保证电解液浓度稳定,生成的水要及时排除。高温燃料电池生成水会汽化,容易排除,水量管理装置将实现合理的排水。燃料电池与化学电池一样,输出直流电压,通过电压变换成为交流电送到用户或电网。燃料电池发电系统通过自控装置使各个部件协调工作,进行统一控制和管理。

研究燃料电池电动汽车动力传动系统关键技术

研究燃料电池电动汽车动力传动系统关键技术 ,蓄电池为辅助能量来源。汽车需要的功率主要由燃料电池提供。可以说, 车用燃料电池的选取,对于燃料电池汽车的性能至关重要。 本文介绍了燃料电池汽车动力传统技术发展概况,围绕燃料电池电动汽车动力传动拓扑架构、多源系统管理和动力系统配置与仿真优化技术等关键技术开展 了详细论述。 2动力传动系统拓扑构架设计 燃料电池汽车的运行并不是一个稳态情况,频繁的启动、加速和爬坡使得汽车动态工况非常复杂。燃料电池系统的动态响应比较慢,在启动、急加速或爬陡坡时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求。在实际燃料电池汽车上,常常需要使用燃料电池混合电动汽车设计方法,即引入辅助能源装置(蓄电池、超级 电容器或蓄电池十超级电容器)通过电力电子装置与燃料电池并网,用来提供峰 值功率以补充车辆在加速或爬坡时燃料电池输出功率能力的不足。另一方面,在汽车怠速、低速或减速等工况下,燃料电池的功率大于驱动功率时,存储富余的 能量,或在回馈制动时,吸收存储制动能量,从而提高整个动力系统的能量效率。2.1直接燃料电池混合动力系统结构 直接燃料电池混合动力系统式结构中采用的电力电子装置只有电机控制器,燃料电池和辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口。如丰田的FCHV-4[16], FIAT-Elettra[17]和日产X-TrailFCV[12]等都采用这种类似的结构设计。 辅助动力装置扩充了动力系统总的能量容量,增加了车辆一次加氢后的续驶里程;扩大了系统的功率范围,减轻了燃料电池承担的功率负荷。许多插电混合的 燃料电池汽车也经常采用这样的构架,美国Ford 公司Edge Plug-in 燃料电池轿车和GM 公司Volt Plug-in 燃料电池车[18]。这种插电式混合动力汽车将有效的减

燃料电池的基本工作原理

燃料电池的基本工作原理 燃料电池的基本工作原理我们在准备长途旅行之前，总是不会忘记检查是否随身携带了信用卡或者钱包，当然还有手机或者笔记本电脑的备用电池和充电器，它们的重要性伴随着人们对手机和笔记本电脑的依赖日益彰显。其症结所在就是电池的有限的工作时间，目前便携式电子产品使用的锂离子电池已经无法应付长时间操作的需求。一块手机普通的锂电池只能维持几天时间，笔记本电脑的电池也就几个小时。而随着无线技术和音视频功能越来越受欢迎 燃料电池的基本工作原理 我们在准备长途旅行之前，总是不会忘记检查是否随身携带了信用卡或者钱包，当然还有手机或者笔记本电脑的备用电池和充电器，它们的重要性伴随着人们对手机和笔记本电脑的依赖日益彰显。其症结所在就是电池的有限的工作时间，目前便携式电子产品使用的锂离子电池已经无法应付长时间操作的需求。一块手机普通的锂电池只能维持几天时间，笔记本电脑的电池也就几个小时。而随着无线技术和音视频功能越来越受欢迎，对电池的工作时间的要求与日俱增，传统二次电池(包括锂电池和镍电池)已经成为瓶颈，桎梏了便携式产品向更丰富功能的方向发展。 与传统二次电池相比，燃料电池的能量至少要高10倍。一个锂离子电池能提供300 Whr/L的电量密度，而甲醇燃料电池的电量密度却高达4800 Whr/L，10ml的甲醇可以保证13.5小时的通话时间或者642小时的待机时间。因此，东芝、IBM、NEC等许多国际著名的电子公司都倾注精力和财力研究燃料电池，目前世界前十大营收企业，除Walmart外，均有投资氢能或燃料电池产业。 专攻便携式应用的DMFC 理论上，燃料电池(Fuel Cell)并不是电池，只是把燃料(例如氢气)和氧化剂通过电极反应直接生成电流的装置，由于它的生成物是水，因而具有相当的环保优势。燃料电池的典型结构就是层迭电池单元的堆栈(Stack)，一个堆栈可以包含多个单独的燃料单元(图1)。而每个单元的基本结构与电解水装置相类似，包含2个正负电极(阳极和阴极)，电解质以及催化剂。阳极为氢电极，阴极为氧电极，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。以氢氧反应为例，在阴极催化剂的作用下，一个氢分子分解成2个氢离子，同时释放出2个电子，由于阻隔膜对电子的过滤作用，电子无法通过电解质只能绕行，从而形成电流。而氢离子可以顺利通过电解质达到阴极和空气中的氧原子反应生成水(图2)。 图1 燃料电池的基本结构