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燃料電池電動(dòng)車（FCEV）技術(shù)詳解

2024-09-26 10:02:28·  來源：汽車電子與軟件  
　

1.3 FCEV的優(yōu)勢(shì)

  • 高效零排放：通過電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)換，副產(chǎn)品僅為水，真正零排放。
  • 高效能源管理：精密的電力電子控制系統(tǒng)優(yōu)化能量使用，提升整車效率。
  • 低噪音及維護(hù)需求：電機(jī)取代內(nèi)燃機(jī)，帶來安靜的駕駛體驗(yàn)和較少的機(jī)械磨損。

    • FCEV的獨(dú)特工作原理使其成為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要技術(shù)。隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，F(xiàn)CEV有望在未來成為主流汽車類型之一。       


    #02FCEV關(guān)鍵技術(shù)介紹

    氫燃料電池電動(dòng)汽車的關(guān)鍵組件包括氫燃料電池堆、氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)以及電力電子控制器。這些組件相互協(xié)同，共同為汽車提供清潔、高效的能源動(dòng)力。      

    圖片

    組件名稱描述輔助電池（Battery(auxiliary)）在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)車輛中，低壓輔助電池在啟動(dòng)車輛之前提供電力；它還負(fù)責(zé)為車輛附件供電。電池組（Battery pack）這個(gè)高壓電池存儲(chǔ)來自再生制動(dòng)的能量，并為電動(dòng)牽引電機(jī)提供補(bǔ)充動(dòng)力。DC/DC轉(zhuǎn)換器（DC/DC converter）這個(gè)設(shè)備將牽引電池組的高電壓直流電轉(zhuǎn)換為運(yùn)行車輛附件和為輔助電池充電所需的低電壓直流電。電動(dòng)牽引電機(jī)（Electric traction motor (FCEV)）使用來自燃料電池和牽引電池組的電力，這個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的車輪。一些車輛使用既能驅(qū)動(dòng)又能再生功能的電機(jī)發(fā)電機(jī)。燃料電池堆棧（Fuel cell stack）由單個(gè)膜電極組成的裝配，使用氫氣和氧氣產(chǎn)生電能。燃料加注口（Fuel filler）燃料分配器的噴嘴連接到車輛上的接收器以填充油箱。燃料箱（氫氣）（Fuel tank (hydrogen)）在車輛上儲(chǔ)存氫氣，直到燃料電池需要使用。電力電子控制器（Power electronics controller (FCEV)）這個(gè)單元管理燃料電池和牽引電池提供的電能流動(dòng)，控制電動(dòng)牽引電機(jī)的速度和它產(chǎn)生的扭矩。

    熱管理系統(tǒng)（冷卻）（Thermal system (cooling) - (FCEV)）

    這個(gè)系統(tǒng)維持燃料電池、電動(dòng)電機(jī)、電力電子和其他組件適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟确秶?。變速器（電?dòng)）（Transmission (electric)）變速器將電動(dòng)牽引電機(jī)的機(jī)械動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)車輪。

    燃料電池電動(dòng)車（FCEV）依賴于多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括燃料電池技術(shù)、氫燃料制備與儲(chǔ)存、電力電子控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)，這些技術(shù)直接影響FCEV的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

    2.1 燃料電池技術(shù)

    質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC- Proton Exchange Membrane Fuel Cell）是FCEV中最廣泛應(yīng)用的技術(shù)，因其高效、環(huán)保且工作溫度適中。PEMFC的核心部件包括膜電極組件（由質(zhì)子交換膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層組成）。質(zhì)子交換膜選擇性透過質(zhì)子，阻止電子和氣體，通過催化劑層（通常為鉑基催化劑）加速氫氣和氧氣的反應(yīng)。

    圖片

    部件/概念說明H? Anode（氫氣陽極）氫氣進(jìn)入并通過催化劑層分解為氫離子（H?）和電子（e?）。O? Cathode（氧氣陰極）氧氣進(jìn)入并通過催化劑層與電子和氫離子結(jié)合生成水。PEM Membrane（質(zhì)子交換膜）允許氫離子通過，阻止電子通過，維持電路中的電子流動(dòng)。Flow Field Plate（流場(chǎng)板）均勻分布?xì)怏w和電解液，確保電化學(xué)反應(yīng)的有效進(jìn)行。Gas Diffusion Layer（氣體擴(kuò)散層）幫助氣體均勻地分布在電極表面，提高催化效率。Electric Circuit（電路）電子從陽極流向陰極，為外部電器設(shè)備提供動(dòng)力。Output（輸出）主要輸出是水，同時(shí)還包括未使用的氫氣和產(chǎn)生的熱能。

    2.2 氫燃料制備與儲(chǔ)存

    1.氫燃料制備主要通過天然氣重整、電解水和生物質(zhì)氣化等方法。電解水制氫因其工藝簡(jiǎn)單、無污染而受到關(guān)注，但能耗較高，需穩(wěn)定電力供應(yīng)。

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