2深层讲解:电动车辆技术问题

　　(2)燃料电池电动车的系统组成

　　组成燃料电池电动车的动力系统有三个关键零组件，即

　　①重组器(reformer)：将甲醇、汽油等液体燃料重组为富氢气(hydrogen-rich)气体燃料，提供予燃料电池反应。

　　②燃料电池(fuel cell stack)：燃料电池是燃料电池电动车的动力源，其提供氢气与空气中的氧气反应并产生电流与电压，同时产生废热(水)等副产物。

　　③电力转换器(inverter/converter)：将燃料电池产生的电力转换为直流电或交流电，或具备升压或降压以调整电力输出。

　　3.技术特色及发展现状

　　燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电方法之一。

　　根据工作温度的不同，把碱性燃料电池(AFC，工作温度为100℃)、固体高分子型质子膜燃料电池(PEMFC，也称为质子膜燃料电池，工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(PAFC，工作温度为200℃)称为低温燃料电池;把熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC，工作温度为650℃)和固体氧化型燃料电池(SOFC，工作温度为1000℃)称为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而进行联合开发的燃料电池。

　　燃料电池最大的优点在于能量转换次数少，燃料利用率高。

　　传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会排放大量的有害物质。而使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有转动部件，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%～60%，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为集木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活。

　　此外，燃料电池还具有以下优点：

　　(1)部分负荷时也能保持高的效率;

　　(2)通过与燃料供给装置的组合，可适用较大范围的不同燃料;

　　(3)输出功率可按“积木式”灵活调节;

　　(4)电池本体的负荷响应性好;

　　(5)NOX及SOX等的排出量少，有利环保。

　　近20多年来，燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。AFC已在宇航领域广泛应用，PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用，PAFC作为中型电源应用进入了商业化阶段，MCFC也已完成工业试验阶段，起步较晚的作为发电最有应用前景的SOFC已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核，相信随着研究的深入还会有新的燃料电池出现。

　　美、日等国已相继建立了一些磷酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂、质子交换膜燃料电池电厂作为示范。日本已开发了数种燃料电池发电装置供公共电力部门使用，其中磷酸燃料电池(PAFC)已达到"电站"阶段。已建成兆瓦级燃料电池示范电站进行试验，已就其效率、可运行性和寿命进行了评估，期望应用于城市能源中心或热电联供系统。日本同时建造的小型燃料电池发电装置，已广泛应用于医院、饭店、宾馆等。

　　在车辆工程领域，目前比较普遍的方案是氢动力质子交换膜燃料电池(PEMFC)

　　图 通用汽车公司燃料电池轿车氢动三号

　　在燃料电池发动机方面突破大功率氢燃料电池组制备的关键技术，轿车用净输出30KW、客车用净输出60KW和100KW的燃料电池发动机，已在同济大学和清华大学燃料电池发动机测试基地通过严格的测试并装车运行，燃料电池轿车已累计运行4000多km，燃料电池客车累计运行超过8000km。

　　由于氢气里没有腐蚀性的杂质，也没有碳阻塞燃烧室，燃料电池车很少需要维修。

　　此外，氢燃料车比汽油车安全。即使在失火的情况下也便于逃生。汽油车发生事故或遇火，油箱会爆炸，油产生的热和毒气都会致命。而氢燃料车在猛烈的撞击下，甚至储氢罐破裂都不会引起大火，在逃生时不会被大火烧伤。即使氢采用压缩储存，也仅易燃。若撞击后氢燃料外溢没有着火，它会蒸发到空气中，不产生污染。即使失火也不会爆炸，因为氢气只有与氧气或空气在密闭的空间里混合才会爆炸。

　　氢燃料电池车的尾气排放物是水，对环境的污染为零。