詳解燃料電池原理及系統(tǒng)架構(gòu)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-14 12:06
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燃料電池技術(shù)原理如下圖所示：氫氣與空氣中的氧氣在催化劑（Pt）的作用下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)反應(yīng)從而產(chǎn)生電流。為確保電堆的有效工作燃料電池系統(tǒng)需要構(gòu)建一整套能量循環(huán)系統(tǒng)，主要包括：空氣循環(huán)、氫氣循環(huán)、冷卻循環(huán)、以及電路循環(huán)。
氫氣噴射器：根據(jù)輸出電流調(diào)節(jié)氫氣壓力；
氫氣循環(huán)泵：調(diào)節(jié)不同電流下的氫氣回流量；
空氣過濾器：過濾空氣中的粉塵，花粉，細(xì)菌等;
空壓機(jī)：壓縮空氣體積，增加氣體壓力；
增濕器：增加氫氣和過濾后空氣的濕度；
燃料電池電堆：整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，根據(jù)功率大小，由多片單池串聯(lián)而成一個(gè)電堆；
冷卻系統(tǒng)：通過水泵將電堆反應(yīng)產(chǎn)生的熱帶出，通過散熱風(fēng)扇散熱；
DC/DC：將燃料電池的輸出電壓調(diào)整到需要的電壓值；
同時(shí)為了測量系統(tǒng)的物理量需要安裝不同的傳感器：空氣的流量傳感器和壓力傳感器；氫氣的壓力傳感器；空壓機(jī)的電流、電壓傳感器；冷卻系統(tǒng)的壓力和溫度傳感器；電堆的電流和電壓傳感器。將燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用在交通工具上時(shí)，需要輔助的電力存儲(chǔ)設(shè)備用來防止燃料電池電壓突跳和制動(dòng)能量回收。
因此鋰離子動(dòng)力電池配合燃料電池的混動(dòng)方案可能是未來的趨勢之一，在不便于補(bǔ)充氫氣時(shí)可通過充電補(bǔ)充能量，在需要長距離行駛時(shí)加注氫氣可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離出行的要求。
2.當(dāng)前限制燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的瓶頸
目前國內(nèi)外對燃料電池技術(shù)的研究都在進(jìn)行中，燃料電池汽車目前依然以示范運(yùn)行為主，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的卻不多。限制其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的瓶頸大致可分三個(gè)方面：
1）技術(shù)成熟度
2）成本可接受度
3）配套設(shè)施普及程度
燃料電池壽命通過近些年的發(fā)展已經(jīng)有了顯著的進(jìn)步，國內(nèi)從此前從幾百小時(shí)延長至了5000小時(shí)，國外有些企業(yè)做到了10000小時(shí)的使用壽命。但距離25000小時(shí)的耐久性目標(biāo)依然有很長的路要走。同時(shí)在低溫性能、電池活性的一致性控制等方面還存在未解決的技術(shù)問題。
同時(shí)燃料電池系統(tǒng)造價(jià)高，系統(tǒng)主要由電堆、供氣及冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，其中電堆的成本約占總成本的60%。
電堆主要材料有質(zhì)子交換膜、雙極板、氣體擴(kuò)散層、催化劑。其中催化劑成本占比最高（約50%），作為催化劑的鉑暫時(shí)還沒有找到低成本的替代品。再加之目前產(chǎn)量達(dá)不到規(guī)模效應(yīng)的作用，電控、結(jié)構(gòu)、工藝等方面的成本也高居不下。
同時(shí)目前城市中缺乏燃料電池汽車所需的加氫站、制氫廠等配套設(shè)施。在10年前電動(dòng)汽車推向市場是也遇到類似問題，在先有電動(dòng)車還是先有充電樁的困境中進(jìn)展緩慢。
