汽車發(fā)動(dòng)機(jī)概論-論文-新能源汽車-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 .............................126 燃料電池汽車前景展望.......................................................131 FCEV 的結(jié)構(gòu)與工作原理 FCEV 動(dòng)力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)FCEV 的外形和內(nèi)部空間等與普通汽車幾乎沒有差別，兩者不同之處主要在于動(dòng)力系統(tǒng)。 燃料電池的工作原理燃料電池是一種電化學(xué)裝置，是由正負(fù)2 個(gè)電極以及電解質(zhì)組成，其工作原理，如圖2 所示。由于電解質(zhì)中離子的運(yùn)動(dòng)，電極上有電荷的積累，外電路接通后有直流電通過，并可以持續(xù)。 整車集成布置燃料電池汽車的整車布置除去與傳統(tǒng)汽車相同部分，還包括燃料電池堆與電機(jī)的布置，氫氣罐的安全布置以及高壓電安全隔離。對(duì)燃料電池的基本要求是：1）高的比能量和比功率；2）安全性好且成本低；3）對(duì)環(huán)境無(wú)危害，可回收性好。溫度控制系統(tǒng)是由溫度傳感器、散熱風(fēng)扇、水箱、電熱絲和循環(huán)水泵等組成，如圖4 所示。循環(huán)水從電堆中經(jīng)過，通過傳導(dǎo)帶走電堆的熱量，流經(jīng)散熱片，并通過外面的冷卻風(fēng)扇來(lái)降溫。 燃料供給一般燃料電池汽車燃料為空氣和氫氣，空氣可自由獲得，經(jīng)由空氣濾清器的過濾，被高速風(fēng)機(jī)壓縮，再經(jīng)過空氣流量計(jì)的測(cè)量后到達(dá)空氣的電堆入口處。瓶閥中包括高壓電磁閥、手動(dòng)截止閥、安全閥、瓶?jī)?nèi)溫度傳感器和壓力傳感器等部件。高壓氣體通過減壓后向燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定的氫氣供應(yīng)。3 FCEV的燃料(Fuel)氫氣H2是FCEV的惟一燃料，F(xiàn)CEV采用的氫氣一種是來(lái)自地面固定的制氫系統(tǒng)，另一種是來(lái)自車載移動(dòng)的制氫系統(tǒng)，當(dāng)前主要采用地面固定的制氫系統(tǒng)生產(chǎn)的氫氣作為FCEV的燃N。在試驗(yàn)中表明，在一定的條件下，空氣中氫氣達(dá)到一定濃度時(shí)，其危險(xiǎn)性超過了汽油。毛EFCEV上采用的氫氣有：①壓縮氫氣；②液化氫氣；③儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)存的氫氣等。壓縮氫氣的容器，要求強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、質(zhì)量重，安全性差，罐裝時(shí)能耗大。如果壓縮氫氣的壓縮壓力為25 MPa，則需要?dú)錃夤薜娜莘e為340 L，如果壓縮氫氣的壓縮壓力為52 MPa，則需要?dú)錃夤薜娜莘e為160 L，但同類型的內(nèi)燃機(jī)汽車的汽油箱的容積僅僅70 L。液態(tài)氫氣的溫度保持在一253 oC的低溫時(shí)，可以在1 mL的容積內(nèi)儲(chǔ)存800 mL氫氣。、活性炭、碳納米管等材料。美國(guó)ECD(Energy Conversion Devices)公司所開發(fā)的鎂基吸附合金，氫的儲(chǔ)藏量可達(dá)到3 500 mL。 氫氣燃料的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)氫氣是燃料電池最理想的燃料，純度高，在FCEV上可以直接使用，用氫氣為燃料的燃料電池系統(tǒng)設(shè)備較簡(jiǎn)單，起動(dòng)快、性能穩(wěn)定，對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)快，排放為零污染，相對(duì)成本較低。．IN儲(chǔ)氫合金一次充氫的行駛里程可達(dá)400 km左右。 甲醇CH3OH用天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇，具有單一的成分和高純度，可以在較低的溫度條件下改質(zhì)為氫氣，使改質(zhì)工藝和設(shè)備簡(jiǎn)化。甲醇分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氫一碳比例最高，沒有難以分離的碳一碳原子共價(jià)鍵，比其他醇類燃料更容易釋放氫。當(dāng)前采用的改質(zhì)技術(shù)有：①蒸氣改質(zhì)技術(shù)；②局部氧化改質(zhì)技術(shù)；③廢氣改質(zhì)技術(shù)等。c．甲醇添加速度快，不需要特殊的安全裝置，只要燃料箱有足夠的容量，就可以使FCEV的行駛里程大大地延長(zhǎng)。b．在改質(zhì)反應(yīng)過程中有300℃的高溫，需要有熱管理系統(tǒng)，對(duì)其產(chǎn)生的熱量進(jìn)行管理。用汽油改質(zhì)為氫氣作為燃料電池的燃料的特點(diǎn)如下。b．汽油經(jīng)過改質(zhì)轉(zhuǎn)換為氫氣作為燃料電池的燃料時(shí)，在改質(zhì)器中轉(zhuǎn)換為氫氣時(shí)的反應(yīng)溫度高達(dá)900℃，對(duì)熱能的控制和熱量的利用都比較復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)材料的高溫性能提出更高的要求，冷卻系統(tǒng)也更復(fù)雜。1994年，該公司還研制了采用質(zhì)子交換膜燃料電池作動(dòng)力的高爾夫車，功率7．5 kW，該車最大時(shí)速15 km，行程達(dá)72 km。在中國(guó)，該公司與上汽合作的“氫動(dòng)3號(hào)”HvdroGen3已經(jīng)開始示范運(yùn)行。它由Ballard燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)，該系統(tǒng)包括車載甲醇重整器。該車以每月1萬(wàn)美元的價(jià)格租了6輛給美國(guó)大學(xué)，10輛租給日本地方政府。 加拿大加拿大巴拉德公司是從事質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)技術(shù)研究和開發(fā)的世界先驅(qū)。 中國(guó)(1)中國(guó)863燃料電池公交車計(jì)劃20O1年國(guó)家十五“863”電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)“燃料電池城市客車整車技術(shù)的研究與開發(fā)”項(xiàng)目正式啟動(dòng)。2O04年4月采用“神力公司”的100 kW 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，完成了第三代城市大巴試驗(yàn)。裝載第一代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的“超越一號(hào)” 于2003年8月在上海問世。接著在20o6年完成了“超越三號(hào)”燃料電池轎車，其最高時(shí)速達(dá)到120 km，一次充氫可行駛230 km，比“超越二號(hào)”延長(zhǎng)很多。該車每天運(yùn)行5 h，計(jì)劃運(yùn)行2年。實(shí)施該項(xiàng)目的目的是為了降低燃料電池公共汽車的成本，借助在北京和上海兩市同時(shí)進(jìn)行的燃料電池公共汽車和供氫設(shè)施的示范，加快其技術(shù)轉(zhuǎn)化。目標(biāo)是這12輛車總共運(yùn)行16O萬(wàn)公里。巴拉德公司在試驗(yàn)室內(nèi)用純氫做電池壽命試驗(yàn)，經(jīng)過9 000 h的考驗(yàn)，平均電壓下降速度只有4mV／(1 000 h)，因而預(yù)測(cè)電池壽命可以達(dá)到20 000h，但實(shí)際上的電池使用壽命也只有2 200 h，只達(dá)到預(yù)測(cè)的1／10。但在電動(dòng)汽車實(shí)際運(yùn)行過程中，這些條件就得不到保證了。(2) 燃料電池系統(tǒng)能量效率和比功率有待提高 H2/ V附近出現(xiàn)。當(dāng)電池在額定輸出功率40 kW 條件下工作時(shí)，其燃料轉(zhuǎn)換效率只有35％ ～40％。(3)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性有待深入研究燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)是由燃料電池堆(或稱燃料電池本體)、氫源系統(tǒng)、氧源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的。因此燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的研制和運(yùn)行過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。不能各自為政、相互保密，做一些重復(fù)性工作。要降低質(zhì)子交換膜燃料電池總成本，那么尋求和設(shè)計(jì)價(jià)廉物美的雙極板，就成為至關(guān)重要的事了。一次加料最多只能行駛25O～300 km，約是普通汽車行程的一半；有的因?yàn)閮r(jià)格太高，有的因?yàn)閼?yīng)答性滿足不了要求。燃料電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域也遇到重重困難。燃料電池在不同場(chǎng)合會(huì)有不同的境遇，這是值得令人深思
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