2深層講解:電動車輛技術問題

　　(2)燃料電池電動車的系統組成

　　組成燃料電池電動車的動力系統有三個關鍵零組件，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。

　　②燃料電池(fuel cell stack)：燃料電池是燃料電池電動車的動力源，其提供氫氣與空氣中的氧氣反應并產生電流與電壓，同時產生廢熱(水)等副產物。

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

　　3.技術特色及發展現狀

　　燃料電池被稱為是繼水力、火力、核能之后第四代發電裝置和替代內燃機的動力裝置。國際能源界預測，燃料電池是21世紀最有吸引力的發電方法之一。

　　根據工作溫度的不同，把堿性燃料電池(AFC，工作溫度為100℃)、固體高分子型質子膜燃料電池(PEMFC，也稱為質子膜燃料電池，工作溫度為100℃以內)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量排氣而進行聯合開發的燃料電池。

　　燃料電池最大的優點在于能量轉換次數少，燃料利用率高。

　　傳統的火力發電站的燃燒能量大約有近70%要消耗在鍋爐和汽輪發電機這些龐大的設備上，燃燒時還會排放大量的有害物質。而使用燃料電池發電，是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，沒有轉動部件，理論上能量轉換率為100%，裝置無論大小實際發電效率可達40%～60%，可以實現直接進入企業、飯店、賓館、家庭實現熱電聯產聯用，沒有輸電輸熱損失，綜合能源效率可達80%，裝置為集木式結構，容量可小到只為手機供電、大到和目前的火力發電廠相比，非常靈活。

　　此外，燃料電池還具有以下優點：

　　(1)部分負荷時也能保持高的效率;

　　(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”靈活調節;

　　(4)電池本體的負荷響應性好;

　　(5)NOX及SOX等的排出量少，有利環保。

　　近20多年來，燃料電池經歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發展階段，燃料電池的研究和應用正以極快的速度在發展。AFC已在宇航領域廣泛應用，PEMFC已廣泛作為交通動力和小型電源裝置來應用，PAFC作為中型電源應用進入了商業化階段，MCFC也已完成工業試驗階段，起步較晚的作為發電最有應用前景的SOFC已有幾十千瓦的裝置完成了數千小時的工作考核，相信隨著研究的深入還會有新的燃料電池出現。

　　美、日等國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、質子交換膜燃料電池電廠作為示范。日本已開發了數種燃料電池發電裝置供公共電力部門使用，其中磷酸燃料電池(PAFC)已達到"電站"階段。已建成兆瓦級燃料電池示范電站進行試驗，已就其效率、可運行性和壽命進行了評估，期望應用于城市能源中心或熱電聯供系統。日本同時建造的小型燃料電池發電裝置，已廣泛應用于醫院、飯店、賓館等。

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

　　圖 通用汽車公司燃料電池轎車氫動三號

　　在燃料電池發動機方面突破大功率氫燃料電池組制備的關鍵技術，轎車用凈輸出30KW、客車用凈輸出60KW和100KW的燃料電池發動機，已在同濟大學和清華大學燃料電池發動機測試基地通過嚴格的測試并裝車運行，燃料電池轎車已累計運行4000多km，燃料電池客車累計運行超過8000km。

　　由于氫氣里沒有腐蝕性的雜質，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。汽油車發生事故或遇火，油箱會爆炸，油產生的熱和毒氣都會致命。而氫燃料車在猛烈的撞擊下，甚至儲氫罐破裂都不會引起大火，在逃生時不會被大火燒傷。即使氫采用壓縮儲存，也僅易燃。若撞擊后氫燃料外溢沒有著火，它會蒸發到空氣中，不產生污染。即使失火也不會爆炸，因為氫氣只有與氧氣或空氣在密閉的空間里混合才會爆炸。

　　氫燃料電池車的尾氣排放物是水，對環境的污染為零。