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1、氢燃料发动机工作原理介绍氢燃料发动机工作原理介绍 研研 究究 院院 2019年年4月月19日日1目录 一、什么是氢燃料发动机 二、氢燃料发动机组成部件 2.1、电堆 2.2、氢气供给循环系统 2.3、空气供给系统 2.4、水热管理系统 2.5、电控系统 2.6、数据采集系统 三、电堆工作原理 2一、什么是氢燃料发动机 燃料电池发动机是一种将氢气和氧气通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。氢燃料发动机工作过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率高，产物仅为电、热和水，运行平稳，噪音低。被称为“终极环保发动机”。3二、氢燃料发动机组成部件氢燃料电池发动机是由电堆、氢气供给循环系统、空气供给系统、水
2、热管理系统、电控系统和数据采集系统六大组成部分。42.1、电堆 电堆作为氢燃料电池发动机的核心部件，氢气与氧气发生化学反应产生电能的场所。电堆由双极板和膜电极两大部分组成，催化剂、质子交换膜和碳布/碳纸构成了膜电极。电堆52.1、电堆 双极板 质子交换膜 碳布/碳纸 催化剂62.2、氢气供给循环系统氢气供给循环系统是由减压阀、电磁阀和氢气回流泵、氢气浓度传感器及管路组成。来自气瓶中的高压氢气经过减压阀使得氢气压力降低，通过电磁阀控制氢气进入电堆，氢气回流泵将电堆反应后剩余的氢气回收重新输入电堆中，提高氢气能源利用率。72.3、空气供给系统空气供给系统包含空气滤清器、空压机/吹风机、空气增湿器三
3、个部件。82.4、水热管理系统水热管理系统（ATS）由水泵、散热风扇和水温传感器三大部件组成，和传统内燃机散热小循环系统类似。氢燃料电池发动机冷却液是由去离子水和乙二醇水溶液按照一定比例调和成的溶液。92.5、电控系统氢燃料电池发动机的电控系统主要是由发动机控制器（FCU）及各种传感器构成。102.6、数据采集系统数据采集系统主要是指数据采集器。通过数据采集系统，可以时刻监控氢燃料电池发动机运行的各种参数及状态，如发动机地理位置、运行状态、各项传感器参数等，对各项参数进行数据分析处理，并针对参数异常情况实时报警、记录。11三、电堆工作原理阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极
4、都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。12三、电堆工作原理由于质子交换膜只能传导质子，因此氢离子（即质子）可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.51V 之间。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆(简称电堆)。13THANKS谢谢聆听14