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車用燃料電池係統概述

2026-04-11 20:57:574241

為了滿足一定的輸出功率和輸出電壓的需求，通常將燃料電池（FC）單體按照一定的方式組合在一起構成FC堆，並配置相應的輔助設備（BOP，Balance Of Plant），同時在FC控製單元的控製下，實現FC的正常運行，共同構成了FC係統。用作車輛動力源的FC係統，稱為FC發動機。FC堆是FC發動機的核心，BOP維持電堆持續穩定安全地運行。FC發動機輔助係統主要包括空氣壓縮機、FC用加濕器、氫氣循環泵、壓力調節器和係統控製單元。以氫為燃料的FC發動機的典型結構如圖所示。

FC堆是FC係統的主要元件，包括電極、質子交換膜（PEM）、雙極板、氣體擴散層（GDL）、端板等部件。其中，電極、PEM和GDL集成在一起成為膜電極（MEA），它是堆的主要部件。電極是PEM和GDL之間具有電傳導性的一層加壓薄層，也是電化學反應發生的地方。PEM是陰極催化層和陽極催化層之間的一層薄膜，是氫質子傳導的介質，PEMdexingnengzhijieyingxiangzhenggedianduidexingneng。shuangjibanyongyuzhichengmodianji，bingshoujidandianchidianliu。suoyoudedandianchitongguoshuangjibanchuanlianzaiyiqi，tigongmanzucheyongdonglixuqiudediangonglv。 BOP是FC係統中的重要部件，要求具有高效、低噪聲、高緊湊度、高可靠性、高耐用性、低成本等特性。這些特性是FC係統當前和未來的研發活動中所必須考慮的因素。在BOP中，又以空壓機和增濕器為主要部件。空壓機是高壓FC空氣供應的關鍵部件。不同的FC係統匹配不同類型的空壓機，目前可選的幾種空壓機類型包括：螺杆空壓機、透平式空壓機、活塞空壓機、羅茨空壓機、反饋空壓機、卷軸空壓機和葉片空壓機。對於某一具體的FC係統，空壓機的選擇既要考慮空壓機的性能指標，也要考慮FC係統的性能要求。空壓機性能指標主要包括氣體流量、軸功率、壓縮比和效率等。目前應用於PEMFCxitongdekongqijiashitongchangshineibujiashihewaibujiashi。neibujiashishizhizaidianduineibutongguogaijindianchidegouzaohuozhegaijinmodianjidejiegoushidianduishixianjiashidefangfa；外加濕是指在反應氣體進入到電池反應前，通過電池外部附加裝置實現對燃料氣體增濕的技術，目前的發展趨勢是氣/氣型加濕器，對於加濕器的選擇原則是根據負載的要求能夠實現快速的響應，保證FC工作在最佳工作區域。

加濕器的加濕原則 FC控製單元（FCU）用於監控FC係統，以使其在正常的條件下工作。圖是FCU的結構圖。

FC係統控製單元結構圖圖中FCU包括空壓機控製模塊、FC係統控製模塊以及電池電壓監控模塊。其中空壓機控製箱接收FC控製模塊發送的控製信號，同時把反饋信號（如空壓機的轉速等）發給FC係統控製模塊。FC係統控製模塊主要根據接受的各種信號，來確定合適的控製參數，並通過CAN總線與車輛管理係統通訊。電池電壓監控模塊用於監控單池電壓，當電壓過低時向FC控製模塊發送警告信號。通過輔助係統和控製係統的綜合作用實現FC係統高效運行，實現能量的最有利用。