燃料电池发电系统是用燃料电池模块通过电化学过程将反应物(燃料和氧化剂)的化学能转化为电能(直流或交流电)和热能的系统,其组成如图17-1所示。图中实线框内部分为燃料电池发电系统,主要由燃料电池模块、氢燃料供应与处理系统、氧化剂处理系统、增湿系统、通风系统、水管理系统、热管理系统、功率调节系统及自动控制系统等组成。
(1)燃料电池模块燃料电池模块是由多个燃料电池堆(组)按特定供给反应物方式和电连接方式构成的组合体,它将燃料和氧化剂中的化学能直接变成电能,而不需要经过燃烧的过程,是一个电化学装置。
燃料电池堆(组)是由两个或多个单体电池通过紧固结构组成的,具有共用管道和统一输出的组合体,如图17-2所示。
(2)氢燃料供应与处理系统氢燃料供应与处理系统是给燃料电池提供燃料,并将输入的燃料转化为燃料电池堆所需化学组成的燃料的化学处理装置及其相关的热交换器和控制装置的组合。燃料供应系统包含的管路、阀门、传感器、燃料处理装置等,应符合相关标准和使用要求。燃料电池电动汽车的氢燃料供应主要用高压储氢罐,使用碳纤维强化塑料的三层结构,可以承受70MPa的髙压如图17-3所示。
(3)氧化剂处理系统氧化剂处理系统包括过滤器、管路、处理装置传感器件、阀门等,应符合相应标准。氧化剂处理系统是可以对供给燃料电池发电系统使用的氧化剂进行计量、调整,并对其进行压缩的系统。氧气的来源有从空气中获取氧气或从氧气罐中获取氧气,空气需要用压缩机来提高压力,以增加燃料电池反应的速率。
(4)增湿系统增湿系统是为保证质子交换膜的质子传导能力,向电池内部
提供气态或液态水的措施。
(5)通风系统通风系统是通过机械的方法,向燃料电池发电系统的机柜内提供空气。
(6)水管理系统水管理系统包括管路、循环水泵、阀门、传感器件、水储存与补充箱等,应符合相应标准。发电系统生成水回收用作燃料或氧化剂增湿使用或其他使用用途时,应去除水中对发电系统有害的物理颗粒与金属离子。
(⑦)热管理系统热管理系统包括散热器和配套风扇、循环流体泵、阀门传感器件、冷却流通储存箱与补充箱等,应符合相应标准。热管理系统提供冷却和散热功能以保持燃料电池发电系统内部的热平衡,还可以回收余热以及在启动过程中协助加热动力传动系统。
(8)功率调节系统燃料电池堆输岀功率将根据发电系统内部装置所消耗的功率和对外输出功率的要求,通过DC/DC或DC/AC装置对电流和电压进行调节,提供符合使用要求的功率输出。
(9)自动控制系统自动控制系统包括为保障发电系统正常运行进行调节与监控所必需的传感器件、线路、执行器、控制器件、软件程序等,应符合相应标准。
