详解燃料电池原理及系统架构
来源：宝鄂实业
2019-05-14 12:06
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燃料电池技术原理如下图所示：氢气与空气中的氧气在催化剂（Pt）的作用下进行氧化还原反应反应从而产生电流。为确保电堆的有效工作燃料电池系统需要构建一整套能量循环系统，主要包括：空气循环、氢气循环、冷却循环、以及电路循环。
氢气喷射器：根据输出电流调节氢气压力；
氢气循环泵：调节不同电流下的氢气回流量；
空气过滤器：过滤空气中的粉尘，花粉，细菌等;
空压机：压缩空气体积，增加气体压力；
增湿器：增加氢气和过滤后空气的湿度；
燃料电池电堆：整个系统的核心部件，根据功率大小，由多片单池串联而成一个电堆；
冷却系统：通过水泵将电堆反应产生的热带出，通过散热风扇散热；
DC/DC：将燃料电池的输出电压调整到需要的电压值；
同时为了测量系统的物理量需要安装不同的传感器：空气的流量传感器和压力传感器；氢气的压力传感器；空压机的电流、电压传感器；冷却系统的压力和温度传感器；电堆的电流和电压传感器。将燃料电池动力系统应用在交通工具上时，需要辅助的电力存储设备用来防止燃料电池电压突跳和制动能量回收。
因此锂离子动力电池配合燃料电池的混动方案可能是未来的趋势之一，在不便于补充氢气时可通过充电补充能量，在需要长距离行驶时加注氢气可实现远距离出行的要求。
2.当前限制燃料电池汽车产业化应用的瓶颈
目前国内外对燃料电池技术的研究都在进行中，燃料电池汽车目前依然以示范运行为主，实现产业化应用的却不多。限制其产业化应用的瓶颈大致可分三个方面：
1）技术成熟度
2）成本可接受度
3）配套设施普及程度
燃料电池寿命通过近些年的发展已经有了显著的进步，国内从此前从几百小时延长至了5000小时，国外有些企业做到了10000小时的使用寿命。但距离25000小时的耐久性目标依然有很长的路要走。同时在低温性能、电池活性的一致性控制等方面还存在未解决的技术问题。
同时燃料电池系统造价高，系统主要由电堆、供气及冷却系统、控制系统组成，其中电堆的成本约占总成本的60%。
电堆主要材料有质子交换膜、双极板、气体扩散层、催化剂。其中催化剂成本占比最高（约50%），作为催化剂的铂暂时还没有找到低成本的替代品。再加之目前产量达不到规模效应的作用，电控、结构、工艺等方面的成本也高居不下。
同时目前城市中缺乏燃料电池汽车所需的加氢站、制氢厂等配套设施。在10年前电动汽车推向市场是也遇到类似问题，在先有电动车还是先有充电桩的困境中进展缓慢。
