燃料電池系統(tǒng)

燃料電池系統(tǒng)除燃料電池本體(發(fā)電系統(tǒng))外，還有一些外圍裝置，包括燃料重整供應系統(tǒng)、氧氣供應系統(tǒng)、水管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、直流-交流逆變系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等。

(1)燃料重整供應系統(tǒng)，作用是將外部供給的燃料轉化為以氫為主要成分的燃料。如果直接以氫氣為燃料，供應系統(tǒng)可能比較簡單。若使用天然氣等氣體碳氫化合物或者石油、甲醇等液體燃料，需要通過水蒸氣重整等方法對燃料進行重整。而用煤炭作燃料時，則要先轉換為以氫和一氧化碳為主要成分的氣體燃料。用于實現(xiàn)這些轉換的反應裝置分別稱為重整器、煤氣化爐等。

(2)氧氣供給系統(tǒng)，作用是提供反應所需的氧，可以是純氧，也可以用空氣。氧氣供給系統(tǒng)可以用馬達驅動的送風機或者空氣壓縮機，也可以用回收排出余氣的透平機或壓縮機的加壓裝置。

(3)水管理系統(tǒng)，可以將陰極生成的水及時帶走，以免造成燃料電池失效。對于質子交換膜燃料電池，質子是以水合離子狀態(tài)進行傳導的，需要有水參與，而且水少了還會影響電解質膜的質子傳導特性，進而影響電池的性能。

(4)熱管理系統(tǒng)，作用是將電池產(chǎn)生的熱量帶走，避免因溫度過高而燒壞電解質膜。燃料電池是有工作溫度限制的。外電路接通形成電流時，燃料電池會因內電阻上的功率損耗而發(fā)熱(發(fā)熱量與輸出的發(fā)電量大體相當)。熱管理系統(tǒng)中還包括泵(或風機)、流量計、閥門等部件。常用的傳熱介質是水和空氣。

(5)直流-交流逆變系統(tǒng)，將燃料電池本體產(chǎn)生的直流電轉換為用電設備或電網(wǎng)要求的交流電。

(6)控制系統(tǒng)，主要由計算機及各種測量和控制執(zhí)行機構組成，作用是控制燃料電池發(fā)電裝置啟動和停止、接通或斷開負載，往往還具有實時監(jiān)測和調節(jié)工況、遠距離傳輸數(shù)據(jù)等功能。

(7)安全系統(tǒng)，主要由氫氣探測器、數(shù)據(jù)處理器以及滅火設備構成，實現(xiàn)防火、防爆等安全措施。

需要說明的是，上面所說的各個部分，是大容量燃料電池可能具有的結構。對于不同類型、容量和適用場合的燃料電池，其中有些部分可能被簡化甚至取消。 2100433B

單獨的燃料電池電堆不能用于發(fā)電，它必須和燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，才能對外輸出功率。

燃料電池系統(tǒng)的主要研究熱點包括：使用輕質材料，優(yōu)化設計，提高燃料電池系統(tǒng)的比功率；提高PEMFC系統(tǒng)快速冷啟動能力和動態(tài)響應性能；研究具有負荷跟隨能力的燃料處理器；對電池或超級電容、氫氣存儲進行系統(tǒng)優(yōu)化設計，提高系統(tǒng)的效率和調峰能力，回收制動能量等。

2017年3月7日，通用汽車、本田聯(lián)合宣布了其合資公司燃料電池系統(tǒng)制造公司（Fuel Cell System Manufacturing, FCSM）的管理層。

燃料電池系統(tǒng)制造公司管理層

FCSM總裁：薩希卜·哈克

FCSM副總裁：Tomomi Kosaka

燃料電池系統(tǒng)制造公司董事會

FCSM成立一個由6人組成的董事會，本田和通用各派3人。

通用汽車方面：負責全球燃料電池業(yè)務的查爾斯·弗瑞斯（Charles Freese）、負責企業(yè)發(fā)展的大衛(wèi)·馬代（David Maday）和負責制造工程的羅伯特·波爾圖蓋斯（Robert Portugaise）。

本田方面：本田汽車業(yè)務總經(jīng)理兼首席運營官神子柴壽昭（Takashi Sekiguchi）、本田汽車IT部門首席運營官兼生產(chǎn)計劃監(jiān)督部門主管Mitsugu Matsukawa，以及本田北美執(zhí)行副總裁里克·斯克斯特克（Rick Schostek）。 2100433B

2017年1月，通用、本田在美成立合資企業(yè)，量產(chǎn)燃料電池系統(tǒng)，初步計劃是供應兩家公司未來的產(chǎn)品。根據(jù)規(guī)劃，雙方各出資4250萬美元用于合資公司的初期費用。新公司的生產(chǎn)基地將利用底特律南部布朗斯頓的福特電池組裝工廠，有望于2020年前后實現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)的批量化生產(chǎn)。一般而言，燃料電池系統(tǒng)包括電池、儲氫罐、能量管理系統(tǒng)、電動機、電能回收裝置等諸多部件，F(xiàn)CSM最終產(chǎn)品包括哪些部分目前尚未透露。通用和本田希望，新合資公司能夠整合其各自在燃料電池領域的技術和優(yōu)勢，從而降低燃料電池汽車的成本。

該書是《可再生能源開發(fā)應用技術叢書》之一。該書首先對燃料電池的基本原理、種類和應用作了概括性的介紹，使讀者對燃料電池有一個清晰的了解。隨后詳細介紹主要類型的燃料電池、技術發(fā)展前景、燃料電池操作和熱力學性能、燃料處理以及氫的存儲和生產(chǎn)。對燃料電池系統(tǒng)組件例，如壓縮機、渦輪機、電動機、直流電壓轉換器、逆變器、并網(wǎng)、燃料電池/電池或超電容混合系統(tǒng)與燃料電池車的動力鏈和從油井倒車輪的全過程分析等也進行了比較詳細的論述。書中不但給出了燃料電池系統(tǒng)的模型、設計和工藝。而且還選擇一些應用實例對其進行說明，使讀者對該類型的燃料電池有更深入的了解。本書結構新穎，內容深入淺出，實用性強，可供普通高?；ゎ悺没瘜W類專業(yè)學生和研究生學習參考，也可作為電氣、能源、化學和汽車領域的技術及研究人員的參考和指導用書。