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燃料电池电动车（FCEV）技术详解

2024-09-26 10:02:28·  来源：汽车电子与软件  
　

1.3 FCEV的优势

  • 高效零排放：通过电化学反应实现清洁能源转换，副产品仅为水，真正零排放。
  • 高效能源管理：精密的电力电子控制系统优化能量使用，提升整车效率。
  • 低噪音及维护需求：电机取代内燃机，带来安静的驾驶体验和较少的机械磨损。

    • FCEV的独特工作原理使其成为应对能源危机和环境污染的重要技术。随着技术进步和成本下降，FCEV有望在未来成为主流汽车类型之一。       


    #02FCEV关键技术介绍

    氢燃料电池电动汽车的关键组件包括氢燃料电池堆、氢气储存系统、电池管理系统、电动机以及电力电子控制器。这些组件相互协同，共同为汽车提供清洁、高效的能源动力。      

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    组件名称描述辅助电池（Battery(auxiliary)）在电动驱动车辆中，低压辅助电池在启动车辆之前提供电力；它还负责为车辆附件供电。电池组（Battery pack）这个高压电池存储来自再生制动的能量，并为电动牵引电机提供补充动力。DC/DC转换器（DC/DC converter）这个设备将牵引电池组的高电压直流电转换为运行车辆附件和为辅助电池充电所需的低电压直流电。电动牵引电机（Electric traction motor (FCEV)）使用来自燃料电池和牵引电池组的电力，这个电机驱动车辆的车轮。一些车辆使用既能驱动又能再生功能的电机发电机。燃料电池堆栈（Fuel cell stack）由单个膜电极组成的装配，使用氢气和氧气产生电能。燃料加注口（Fuel filler）燃料分配器的喷嘴连接到车辆上的接收器以填充油箱。燃料箱（氢气）（Fuel tank (hydrogen)）在车辆上储存氢气，直到燃料电池需要使用。电力电子控制器（Power electronics controller (FCEV)）这个单元管理燃料电池和牵引电池提供的电能流动，控制电动牵引电机的速度和它产生的扭矩。

    热管理系统（冷却）（Thermal system (cooling) - (FCEV)）

    这个系统维持燃料电池、电动电机、电力电子和其他组件适当的操作温度范围。变速器（电动）（Transmission (electric)）变速器将电动牵引电机的机械动力传递给驱动车轮。

    燃料电池电动车（FCEV）依赖于多个关键技术，包括燃料电池技术、氢燃料制备与储存、电力电子控制和驱动电机技术，这些技术直接影响FCEV的性能和市场竞争力。

    2.1 燃料电池技术

    质子交换膜燃料电池（PEMFC- Proton Exchange Membrane Fuel Cell）是FCEV中最广泛应用的技术，因其高效、环保且工作温度适中。PEMFC的核心部件包括膜电极组件（由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层组成）。质子交换膜选择性透过质子，阻止电子和气体，通过催化剂层（通常为铂基催化剂）加速氢气和氧气的反应。

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    部件/概念说明H₂ Anode（氢气阳极）氢气进入并通过催化剂层分解为氢离子（H⁺）和电子（e⁻）。O₂ Cathode（氧气阴极）氧气进入并通过催化剂层与电子和氢离子结合生成水。PEM Membrane（质子交换膜）允许氢离子通过，阻止电子通过，维持电路中的电子流动。Flow Field Plate（流场板）均匀分布气体和电解液，确保电化学反应的有效进行。Gas Diffusion Layer（气体扩散层）帮助气体均匀地分布在电极表面，提高催化效率。Electric Circuit（电路）电子从阳极流向阴极，为外部电器设备提供动力。Output（输出）主要输出是水，同时还包括未使用的氢气和产生的热能。

    2.2 氢燃料制备与储存

    1.氢燃料制备主要通过天然气重整、电解水和生物质气化等方法。电解水制氢因其工艺简单、无污染而受到关注，但能耗较高，需稳定电力供应。

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