燃料电池专业知识

一、燃料电池专业知识第一章燃料电池原理和构成什么是燃料电池定义：燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料氧化剂电能其他？FuelCellHydrogenOxygenWaterElectricpowerHeatPEMFC原理PEMfuelcellCathodeReactionO2+4H++4e-2H2OAirAnodeCathodee-MembraneElectrodeAssemblyGasDiffusionLayerGasDiffusionLayerH2BipolarplateBipolarplateLoadH+AnodeReaction2H24H++4e-NISTPlatinumCatalystCarbonblack稳定1激态A稳定2激态BEnergy构成NREL质子交换膜PEM(protonexchangemembrane)作用：电解质，传导质子，隔离反应气体要求：稳定不讲解，高效传导质子，不传电子，气体渗透系数低，溶胀系数小，强度高材料：NafionDow膜，复合膜，BaM3G膜；催化层CL(Catalystlayer)作用：燃料电池反应关键，催化剂以及催化剂载体形成的薄层；要求：导电性好，载体耐蚀，催化活性大；材料：Pt/C,Pt-Ru/C载体材料C：纳米颗粒碳，碳纳米管，碳须最先进的技术是3M的催化剂“小麦”种植技术;催化剂最先进的是“壳核”结构气体扩散层GDL(gasdiffusionlayer)作用：传质，导电，传热，支持催化层，导水要求：高孔隙率，接触电阻小，内阻小，导热好，稳定性高不降解，强度高材料：石墨化碳纸或碳布流场板FP（FlowPlate）对于水冷流场，又称为双极板Bipolar-plate作用：气体分配，集流，导热，密封要求：重量小，高电导，高热导，耐腐蚀，耐压，低成本材料：石墨，合金第二章燃料电池系统集成HD6ballardIntellagentenergyFlowCath新源动力GMFCUSfuelcellBMW，5GT丰田汽车企业所集成的燃料电池发动机，更像“发动机”集成程度更高；线束规范；车用方式；整体模具设计成型思路；多功能，模块化；原车用零部件直接用于BOP，或改进后用于BOP电堆与BOP之间的契合度更高；电堆水热管理与BOP元件交互更多；以电堆为核心的BOP元件定制化强化。水冷与空冷水冷系统往往为大功率（5KW）的电堆而准备；所携带的热能更大，可以使电堆设计更紧凑；温度在双极板的面分布上更一致；相对于外界独立；一般应用于大功率发动机，电站等空冷使全系统设计简化；往往供氧和冷却一步完成；相对功耗更低；一般应用于无人机，充电器等系统流程第三章车用燃料电池系统介绍电池机械能电机电能传统汽车电动汽车内燃机车：以内燃机（汽油机或柴油机）作为动力源。电动汽车：以电能作为动力源，用电机驱动车轮。混合动力汽车：一般指油电混合动力汽车，采用内燃机和电机作为动力源。内燃机机械能机械传动机械能燃料电池汽车动力电池机械能电机电能燃料电池发动机燃料电池汽车：认为是电动汽车的一种。纯电动汽车：由可充电电池作为动力源。可以是铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池。蓄电池机械能电机电能纯电动汽车增程式电动车增程式的含义：有一个增程器，作为辅助动力装置使用（APU：AuxiliaryPowerUnit）动力电池机械能电机电能增程器150~200公里驱动桥驱动电机电机控制器车辆附件总成燃料电池附件动力电池DC/DC燃料电池储氢供氢系统整车控制系统DCDCDC：直流电，directcurrentAC：交流电，AlternatingcurrentDCDC：直流到直流变换器，主要是将某个直流电压转化至另一个直流电压。解决两个设备电压不匹配的问题。隔离型升压型降压型单向双向电机电机：无刷直流电机、交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机。目前电动汽车上逐渐以永磁同步直流电机为主：体积小，功率密度大效率高功率因素高启动力矩大温升低电机电机控制器直流电机械能动力电池作为锂离子电池负极材料-钛酸锂（区别于石墨），可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成电池。从正极材料来看有：锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等。储氢系统氢瓶：金属内胆，碳纤维缠绕，3型气瓶。国内压力：国标允许35MPa。国际：塑料内胆，碳纤维缠绕，4型气瓶。国际压力：一般都在70MPa。氢瓶35/70MPa减压器0.5-2MPa左右燃料电池发动机减压器进入电堆内部（kPa级）氢气传输管路第四章巴拉德9ssl电堆FuelcellstackorientationGasandfluidcompatibilityOperationConditionsFuelcellstackperformanceFuelcellstackoperatinglimits