燃料電池發動機的特點

www.sail-shipping.com 來源：中國電池網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-10-9

1、燃料電池的優點
1) 節能、轉換效率高、不需要石油燃料
a) 除用汽油重整產生氫氣外，其他（甲醇、碳氫化合物等）燃料基本不用石油燃料。
　　由發動機經驅動系統到車輪的綜合效率，內燃機汽車為11％左右。以氫氣為燃料的FCEV實際效率達到50％～70％；用甲醇為燃料，經過重整產生氫氣FCEV，實際效率達到34％。可見，FCEV的實際效率大大高于內燃機汽車。
b) 內燃機在額定功率附近才有最高效率，而在部分功率輸出條件下運轉，效率迅速降低。
　　燃料電池在額定功率下的效率可以達到60％，而在部分功率輸出條件下運轉效率可以達到70％，在過載功率輸出條件下運轉效率可以達到50～55％。高效率隨功率變化的范圍很寬，在低功率下運轉下率高，特別適合于汽車動力性能的要求。
c) 內燃機過載能力低，在過載運轉時容易"熄火"。
　　　燃料電池短時間的過載能力，可以達到額定功率的200％，非常適合汽車在加速和爬坡時動力性能的特征。
綜上幾點，燃料電池的節能遠遠超過內燃機，而且穩定性和可靠性高于內燃機。
2) 排放達到零污染
　　內燃機排放廢氣中的有害氣體，對環境造成的污染是內燃機汽車的致命缺點，盡管采取了各種各樣的機內和機外的技術措施，只能是達到"低污染"的水平，由于內燃機汽車的數量龐大，即使是"低污染"也給地球環境帶來巨大影響。用氫氣作為燃料的燃料電池發動機主要生成物質為水，屬于"零污染"。用碳氫化合物作為燃料的燃料電池發動機主要生成物質為水、二氧化碳和一氧化碳等，屬于"超低污染"。出于對地球環境保護的要求和謀求新的能源，燃料電池發動機是比較理想的動力裝置，并有可能逐漸取代石油作為車輛的主要能源。
3) 車輛性能接近內燃機汽車
　　內燃機的比功率約為300W/kg，目前燃料電池本體的比功率為700 W/kg，功率密度1000W/L。如果包括燃料電池的重整器、凈化器和附屬裝置在內，比功率為300～350 W/kg，功率密度280W/L。在能量方面燃料電池與內燃機相接近，因此其動力性能可以達到內燃機汽車的水平。
4) 結構簡單、運行平穩
a) 燃料電池發動機的能量轉換是在靜態下完成，結構件構造簡單。加工精度要求比內燃機低得多。特別是質子交換膜燃料電池能量轉換效率高，能夠在80℃得低溫條件下起動和運轉，對結構件的耐熱性能要求也不高。結構件大多數為板狀和管件，沒有運動零部件和各種摩擦副，沒有因零部件磨損引起的故障，維修、保養方便。
b) 燃料電池發動機由多個單體燃料電池串聯組成，可以配置成各種不同規格的系列燃料電池發動機組，可以裝配在不同用途和不同型號的車輛上。在車輛上可以根據車輛的軸荷分配車輛有效空間的利用等具體情況，靈活、機動地進行總布置。
c) 燃料電池發動機在運行過程中，噪聲小、振動小、散熱系統比內燃機簡單得多、熱管理系統也更加簡單；產出物不需要進行凈化和消聲處理，整個燃料電池系統容易實現自動化系統管理。
2、燃料電池的缺點
1) 燃料種類單一
　　目前，不論是液態氫、氣態氫、儲氫金屬儲存的氫，還有碳水化合物經過重整后轉換的氫是燃料電池的唯一燃料。氫氣的產生、儲存、保管、運輸(Tran Sport)和灌裝或重整，都比較復雜，對安全性要求很高。但燃料種類的單一性，可以建立標準化、統一的供給系統。
2) 要求高質量的密封
　　燃料電池的單體電池所能產生的電壓約為1V，不同種類的燃料電池的單體電池所能產生的電壓略有不同。通常將多個單體電池按使用電壓和電流的要求組合成為燃料電池發動機組，在組合時，單體電池間的電極連接時，必須要有嚴格的密封，因為密封不良的燃料電池，氫氣會泄漏到燃料電池的外面，降低了氫的利用率并嚴重影響燃料電池發動機的效率，還會引起氫氣燃燒事故。由于要求嚴格的密封，使得燃料電池發動機的制造工藝很復雜，并給使用和維護帶來很多困難。
3) 比功率還要進一步提高
　　內燃機的比功率約為300W/kg，以氫為燃料的燃料電池比功率約為300～350W/kg，功率密度為280W/L。甲醇經過重整產生的氫為燃料的燃料電池綜合功率密度（包括重整器質量）降低到220W/L。為了滿足FCEV動力性能的要求，需要進一步提高燃料電池發動機的比功率。
4) 造價太高
　　目前質子交換膜燃料電池是最有發展前途的燃料電池之一，但質子交換膜燃料電池需要用貴金屬鉑（Pt）作為催化劑，其使用量要求達到0.1～0.2mg/cm3，目前用量要求達到0.5mg/cm3，距離要求還較遠。而且鉑（Pt）在反應過程中受CO 的作用會"中毒"而失效。鉑（Pt）的使用和鉑（Pt）的失效使質子交換膜燃料電池的造價持高不下。
5) 需要配備輔助電池系統
　　燃料電池可以持續發電，但不能充電和回收FCEV再生制動的反饋能量。通常在FCEV上還要增加輔助電池，來儲存燃料電池富裕的電能和在FCEV減速時接受再生制動時的能量。