氢燃料发动机工作原理介绍

氢燃料发动机工作原理介绍
研究院 2019年4月19日
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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
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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。
2.5、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。
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2.6、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。
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2.3、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、空气增湿器三个部件。
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2.4、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。
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三、电堆工作原理
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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0.5～1V 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)。
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。
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2.1、电堆
双极板
质子交换膜
碳布/碳纸
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催化剂
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2.2、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。
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”。
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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、水热管理系统、电控 系统和数据采集系统六大组成部分。
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2.1、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 。
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