2深層講解:電動(dòng)車輛技術(shù)問題

　　(2)燃料電池電動(dòng)車的系統(tǒng)組成

　　組成燃料電池電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)有三個(gè)關(guān)鍵零組件，即

　　①重組器(reformer)：將甲醇、汽油等液體燃料重組為富氫氣(hydrogen-rich)氣體燃料，提供予燃料電池反應(yīng)。

　　②燃料電池(fuel cell stack)：燃料電池是燃料電池電動(dòng)車的動(dòng)力源，其提供氫氣與空氣中的氧氣反應(yīng)并產(chǎn)生電流與電壓，同時(shí)產(chǎn)生廢熱(水)等副產(chǎn)物。

　　③電力轉(zhuǎn)換器(inverter/converter)：將燃料電池產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為直流電或交流電，或具備升壓或降壓以調(diào)整電力輸出。

　　3.技術(shù)特色及發(fā)展現(xiàn)狀

　　燃料電池被稱為是繼水力、火力、核能之后第四代發(fā)電裝置和替代內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力裝置。國(guó)際能源界預(yù)測(cè)，燃料電池是21世紀(jì)最有吸引力的發(fā)電方法之一。

　　根據(jù)工作溫度的不同，把堿性燃料電池(AFC，工作溫度為100℃)、固體高分子型質(zhì)子膜燃料電池(PEMFC，也稱為質(zhì)子膜燃料電池，工作溫度為100℃以內(nèi))和磷酸型燃料電池(PAFC，工作溫度為200℃)稱為低溫燃料電池;把熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC，工作溫度為650℃)和固體氧化型燃料電池(SOFC，工作溫度為1000℃)稱為高溫燃料電池，并且高溫燃料電池又被稱為面向高質(zhì)量排氣而進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)的燃料電池。

　　燃料電池最大的優(yōu)點(diǎn)在于能量轉(zhuǎn)換次數(shù)少，燃料利用率高。

　　傳統(tǒng)的火力發(fā)電站的燃燒能量大約有近70%要消耗在鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)這些龐大的設(shè)備上，燃燒時(shí)還會(huì)排放大量的有害物質(zhì)。而使用燃料電池發(fā)電，是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，理論上能量轉(zhuǎn)換率為100%，裝置無論大小實(shí)際發(fā)電效率可達(dá)40%～60%，可以實(shí)現(xiàn)直接進(jìn)入企業(yè)、飯店、賓館、家庭實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)用，沒有輸電輸熱損失，綜合能源效率可達(dá)80%，裝置為集木式結(jié)構(gòu)，容量可小到只為手機(jī)供電、大到和目前的火力發(fā)電廠相比，非常靈活。

　　此外，燃料電池還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)部分負(fù)荷時(shí)也能保持高的效率;

　　(2)通過與燃料供給裝置的組合，可適用較大范圍的不同燃料;

　　(3)輸出功率可按“積木式”靈活調(diào)節(jié);

　　(4)電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好;

　　(5)NOX及SOX等的排出量少，有利環(huán)保。

　　近20多年來，燃料電池經(jīng)歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段，燃料電池的研究和應(yīng)用正以極快的速度在發(fā)展。AFC已在宇航領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，PEMFC已廣泛作為交通動(dòng)力和小型電源裝置來應(yīng)用，PAFC作為中型電源應(yīng)用進(jìn)入了商業(yè)化階段，MCFC也已完成工業(yè)試驗(yàn)階段，起步較晚的作為發(fā)電最有應(yīng)用前景的SOFC已有幾十千瓦的裝置完成了數(shù)千小時(shí)的工作考核，相信隨著研究的深入還會(huì)有新的燃料電池出現(xiàn)。

　　美、日等國(guó)已相繼建立了一些磷酸燃料電池電廠、熔融碳酸鹽燃料電池電廠、質(zhì)子交換膜燃料電池電廠作為示范。日本已開發(fā)了數(shù)種燃料電池發(fā)電裝置供公共電力部門使用，其中磷酸燃料電池(PAFC)已達(dá)到"電站"階段。已建成兆瓦級(jí)燃料電池示范電站進(jìn)行試驗(yàn)，已就其效率、可運(yùn)行性和壽命進(jìn)行了評(píng)估，期望應(yīng)用于城市能源中心或熱電聯(lián)供系統(tǒng)。日本同時(shí)建造的小型燃料電池發(fā)電裝置，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、飯店、賓館等。

　　在車輛工程領(lǐng)域，目前比較普遍的方案是氫動(dòng)力質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)

　　圖 通用汽車公司燃料電池轎車氫動(dòng)三號(hào)

　　在燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)方面突破大功率氫燃料電池組制備的關(guān)鍵技術(shù)，轎車用凈輸出30KW、客車用凈輸出60KW和100KW的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，已在同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試基地通過嚴(yán)格的測(cè)試并裝車運(yùn)行，燃料電池轎車已累計(jì)運(yùn)行4000多km，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行超過8000km。

　　由于氫氣里沒有腐蝕性的雜質(zhì)，也沒有碳阻塞燃燒室，燃料電池車很少需要維修。

　　此外，氫燃料車比汽油車安全。即使在失火的情況下也便于逃生。汽油車發(fā)生事故或遇火，油箱會(huì)爆炸，油產(chǎn)生的熱和毒氣都會(huì)致命。而氫燃料車在猛烈的撞擊下，甚至儲(chǔ)氫罐破裂都不會(huì)引起大火，在逃生時(shí)不會(huì)被大火燒傷。即使氫采用壓縮儲(chǔ)存，也僅易燃。若撞擊后氫燃料外溢沒有著火，它會(huì)蒸發(fā)到空氣中，不產(chǎn)生污染。即使失火也不會(huì)爆炸，因?yàn)闅錃庵挥信c氧氣或空氣在密閉的空間里混合才會(huì)爆炸。

　　氫燃料電池車的尾氣排放物是水，對(duì)環(huán)境的污染為零。