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        燃料電池汽車

        燃料電池汽車( FCV) 是一種用車載燃料電池裝置產生的電力作為動力的汽車。車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經重整所得到的高含氫重整氣。與通常的電動汽車比較, 其動力方面的不同在于FCV 用的電力來自車載燃料電池裝置, 電動汽車所用的電力來自由電網充電的蓄電池。因此, FCV 的關鍵是燃料電池。

        燃料電池是一種不燃燒燃料而直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉變為電能的高效發電裝置。發電的基本原理是: 電池的陽極( 燃料極) 輸入氫氣( 燃料) , 氫分子( H2) 在陽極催化劑作用下被離解成為氫離子( H+ ) 和電子( e-) , H+ 穿過燃料電池的電解質層向陰極( 氧化極) 方向運動, e-因通不過電解質層而由一個外部電路流向陰極; 在電池陰極輸入氧氣( O2) , 氧氣在陰極催化劑作用下離解成為氧原子( O) , 與通過外部電路流向陰極的e-和燃料穿過電解質的H+ 結合生成穩定結構的水( H2O) , 完成電化學反應放出熱量。這種電化學反應與氫氣在氧氣中發生的劇烈燃燒反應是完全不同的, 只要陽極不斷輸入氫氣, 陰極不斷輸入氧氣, 電化學反應就會連續不斷地進行下去, e-就會不斷通過外部電路流動形成電流, 從而連續不斷地向汽車提供電力。與傳統的導電體切割磁力線的回轉機械發電原理也完全不同, 這種電化學反應屬于一種沒有物體運動就獲得電力的靜態發電方式。因而, 燃料電池具有效率高、噪音低、無污染物排出等優點, 這確保了FCV 成為真正意義上的高效、清潔汽車。

        為滿足汽車的使用要求, 車用燃料電池還必須具有高比能量、低工作溫度、起動快、無泄漏等特性,在眾多類型的燃料電池中, 質子交換膜燃料電池( PEMFC) 完全具備這些特性, 所以FCV 所使用的燃料電池都是PEMFC。

        與傳統汽車相比,燃料電池汽車與傳統的內燃機驅動汽車在構造及動力傳輸等方面的不同, 為汽車的整體設計提出了新的要求。傳統內燃機汽車的發動機----變速器動力總成在燃料電池汽車中不復存在, 取而代之的是燃料電池反應堆、蓄電池、氫氣罐、電動機、DC /DC 轉化器等設備。而制動系統和懸架也相應變化。因此, 根據燃料電池汽車自身特點,在設計時, 應作相應的變化和改進。燃料電池汽車具有以下優點:

        1、零排放或近似零排放。

        2、減少了機油泄漏帶來的水污染。

        3、降低了溫室氣體的排放。

        4、提高了燃油經濟性。

        5、提高了發動機燃燒效率。

        6、運行平穩、無噪聲。

        燃料電池汽車的特點表現在以下方面:

        底盤布置

        燃料電池動力總成包括: 氫氣罐總成、蓄電池總成、燃料電池堆總成、動力輸出系統總成等。其中, 儲氫罐一般放置于底盤的中部, 或后排座椅的下方空間(傳統內燃機轎車的油箱位置) , 將氫氣罐分散存儲。除了燃料電池動力總成外, 對汽車制動總成、前后懸架總成及輪胎等方面也應作相應的調整和測試。特別是隨著輪轂電機技術的發展, 使燃料電池汽車在電動機的放置有了新的選擇, 增大了汽車內部空間。而各電動輪的驅動力也可直接控制, 提高惡劣路面條件下汽車的行使性能。底盤布置應把絕大多數的負載均勻分配在底盤的前后端, 降低車輛的總體重心, 使轎車具有良好的操控性能, 并改善車輛的整體安全性。

        管理系統

        燃料電池汽車的動力系統一般由質子交換膜燃料電池、蓄電池、電機和系統控制設備組成。燃料電池所生成的電能經過DC /DC 轉換器、DC /AC逆變器等的變換, 帶動電機的運轉, 將電能轉變為機械能, 為汽車提供動力。在一些關鍵部件, 如質子交換膜燃料電池和蓄電池等, 其熱特性及傳熱性質與傳統汽車有著很大的不同, 為燃料電池汽車的水、熱管理提出了新的目標和要求。

        電子控制

        與傳統汽車相同, 電子控制在燃料電池汽車的發展中也將起著越來越重要的作用。汽車的各種操縱系統都會向著電子化和電動化的方向發展, 實現“線操控”, 即用導線代替機械傳動機構,如“導線制動”、“導線轉向”等; 現有的12V 動力電源已滿足不了汽車上所有電氣系統的需要, 42V汽車電氣系統新標準的實施, 將會使汽車電器零

        部件的設計和結構發生重大的變革, 機械式繼電器、熔絲式保護電路也將隨之淘汰。同時, 燃料電池的特性有其自身的特點:

        a.電壓低, 電流大;

        b.輸出電流會隨溫度的升高而升高, 輸出電壓會隨輸出電流的增大而下降;

        c.從開始輸出電壓、電流到逐漸進入穩定狀態, 停留在過渡帶范圍內的動態反應時間較長。正是由于以上特點, 大多數電器和電機難以適應其電壓特性, 所以必須和DC /DC 變換器和DC /AC 逆變器配合使用, 需要對燃料電池系統進行大量的功率調節以保證電壓的穩定。

        ( 1)當燃料電池的輸出功率大于汽車的需要時, 多余的功率可對蓄電池進行充電, 在動力系統起動時蓄電池可以給輔助系統提供電源;

        ( 2)當燃料電池的功率不能滿足汽車加速、爬坡時, 蓄電池可提供附加功率, 配合燃料電池共同使用。

        所以, 車輛可采用42V 的輔助電源獨立地為各種電子、電氣設備提供電能。由于燃料電池汽車較之傳統內燃機汽車在驅動方式上有著本質的區別, 所以在底盤布置、水熱管理、電子控制等諸多方面的設計也有著很大的不同。

        相關詞條:電池
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