氫燃料電池車及燃料電池系統

1、國內外氫燃料電池車介紹

美國尼古拉公司推出的氫燃料電池卡車包括Nikola Tre和Nikola Two，其中Nikola Tre針對的是每天行駛480-800km的中長途運輸任務，Nikola Two瞄準的是行駛里程高達約1440km的遠距離運輸任務。該公司產品所搭載的模塊化、可擴展的電池系統總容量高達753kWh。

豐田北美公司與US Hybrid公司聯手，研制了肯沃斯T660型氫燃料電池牽引車，其配備的氫燃料電池共有740組，加氫之后能夠大約連續行駛240-480km。

在國內，如東風商用車、一汽解放、上汽紅巖、陜汽、江鈴等多家企業也推出了氫燃料電池重卡產品，其中上汽紅巖推出的紅巖杰虎H6氫燃料電池牽引車補能時間僅需要15分鐘，最大綜合續航里程超過1000km。

2、氫燃料電池車的基本構成

燃料電池車主要由燃料電池堆、動力蓄電池、高壓儲氫罐、DC/DC轉換器、驅動電動機和動力控制單元等組成。動力蓄電池對燃料電池提供的電力進行調峰以保持電機的輸入電壓穩定，當汽車處于上坡時，動力蓄電池作為輔助電源提供動力，當汽車處于下坡時，動力蓄電池回收燃料電池的富余電能。

3、質子交換膜燃料電池的發電原理

質子交換膜燃料電池結構和反應原理如圖所示，其中質子交換膜是燃料電池電化學反應的電解質，具有選擇透過性，可使氫離子和水分子通過，阻止氧分子及氫分子通過，在質子交換膜的兩端分別是電極的陽極與陰極。陽極催化層和陰極催化層是為了加快燃料電池的電化學反應速度，當反應原料通過管道輸送到燃料電池正極，在陽極端發生氧化反應，釋放出電子的同時生成H⁺，反應生成的電子經外部回路到達電池負極，電子的定向移動就產生了電能，H⁺則穿過質子交換膜到達燃料電池負極，與燃料電池負極通入的空氣發生還原反應，生成清潔無污染的水。

4、發電系統的組成

燃料電池發電系統由進氣子系統、氣體加濕系統、溫度控制系統和功率管理系統組成。

進氣系統包括陽極進氣子系統和陰極進氣子系統，主要功能是為了調節空壓機以提供電堆所需流量的空氣。
氣體加濕系統的主要功能是對進入電堆反應的陰、陽極氣體進行加濕，使其相對濕度達到目標值。
由于電化學反應過程中會釋放很高的熱能使電堆溫度升高減少質子交換膜的使用壽命，溫度控制系統的作用是控制燃料電池的反應溫度，目前最為常用的是水冷式溫度控制系統，其成本低，安全性較高。
功率管理系統是穩定燃料電池的輸出電壓，避免電池工作狀態不穩定而影響使用壽命。

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