《氢燃料电池安全指南》(2019版)燃料电池堆及系统安全
3燃料电池堆及系统安全
3.1燃料电池堆安全
3.1.1燃料电池堆设计
3.1.1.1燃料电池堆分类
目前车用的燃料电池主要是质子交换膜燃料电池堆（PEMFC），质子交换膜燃料电池堆根据极板使用的材料不同，分为金属极板燃料电池堆和石墨极板燃料电池堆等。
3.1.1.2燃料电池堆功率
燃料电池堆体积比功率决定了后期电堆和系统的组合方式以及电堆的热管理设计。较小体积比功率电池堆有利于热的扩散，对整体电堆和系统热管理设计有益。较大体积比功率电池堆有利于系统设计和制造过程简单化和电池堆体积的减小。
不断 升燃料电池堆体积比功率是长期、系统的工作，建议要在确保安全性、可靠性和关键电性能指标的前 下， 升燃料电池堆的比功率和功率。
3.1.1.3燃料电池堆关键材料
燃料电池堆使用的材料对工作环境应有耐受性，燃料电池堆的工作环境包括振动、冲击、多变的温湿度、电势以及腐蚀环境；在易发生腐蚀、摩擦的部位应采取必要的防护措施。
（1）质子交换膜
质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其主要作用是分隔阳极和阴极，阻止燃料和空气直接混合发生化学反应，并传导质子、阻止电子在膜内传导；质子交换膜的质子传导率越高，膜的内阻越小，燃料电池的效率越高。质子交换膜材料要具有足够的化学、电化学、热稳定性和一定的机械稳定性，保证燃料电池在工作过程中能够耐受气流冲击、电流冲击和自由基攻击而不发生降解，保证燃料电池内部不会发生气体窗口窜漏、短路等危险。
对于全氟磺酸膜类质子交换膜，要有较好的热稳定性、化学稳定性和良好的机械稳定性，避免其在高温时发生化学降解，防止燃料电池在高温和高电位时出现化学降解导致气体窜漏引发氢氧混合。气体串漏对燃料电池的安全性有较大影响，要优先选用机械强度高的质子交换膜。质子交换膜厚度和燃料电池安全性密切相关，燃料电池质子交换膜厚度的选择建议充分考虑由于降低隔膜厚度带来的安全风险。
（2）气体扩散层
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气体扩散层由支撑层和微孔层两部分组成，其主要作用包括作为燃料气进入催化层之前的缓冲与扩散层；为电子和反应生成的水 供传输通道；作为膜电极的支撑骨架为质子交换膜和催化剂 供物理支撑。
气体扩散层的材料主要有碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布和碳黑纸，其中碳纤维纸由于制造工艺成熟、性能稳定、成本相对较低和适于再加工等优点，成为扩散层的首选。气体扩散层在生产制造时需要避免存在较长的毛刺，避免在与质子交换膜热压的时候刺破质子交换膜，导致气体串漏引发危险。
（3）膜电极
膜电极主要由质子交换膜、气体扩散层和催化层组成。目前存在三代膜电极制备技术：第一代为GDE、第二代CCM及第三代有序化膜电极。膜电极是电化学反应主要发生场所， 高膜电极性能能够有效 高燃料电池单电池的性能。
在膜电极的制备过程中，过度压紧碳纸有可能会刺穿质子交换膜，造成阴极和阳极两侧窜气，产生危险。所以碳纸的热压程度应根据使用质子交换膜的厚度控制在合适的范围内。
伴随着电化学反应的进行，膜电极中质子交换膜逐渐失效，一方面会导致磺酸基团流失，降低质子交换膜的导电性能；另一方面会导致质子交换膜降解，同样会导致阳极侧与阴极侧之间发生窜气，产生危险。
（4）极板
燃料电池极板是燃料电池的核心零部件，其主要作用包括单电池之间的连接；在膜电极表面输送氢气和氧气；收集和传导膜电极产生的电流；排出反应产生的热量和水。目前商业化燃料电池极板材料主要是石墨碳板、复合极板和金属极板三大类。
极板要求高电导率、高导热率和高强度，保证全生命周期燃料电池的安全性。极板表面的金属粉尘、油含量、达因值等关键指标要有效控制。对金属极板的表面处理可以有效改善材料的耐腐蚀性和寿命，减少燃料电池在工作中的酸和水汽腐蚀问题。
（5）端板
燃料电池端板需要一定的强度和良好的绝缘性。
燃料电池端板一般使用金属、环氧树脂、玻璃纤维板和聚酯纤维板，端板上有集流板负责将电流导出电池，端板上有弹簧和弹簧盖板，通过弹簧和弹簧盖板，将燃料电池堆的紧固力控制在一定范围内。端板要经过严格的实验设计和优化验证，并进行强度测试，保证振动冲击条件下的可靠性和安全性。同时燃料电池堆在工作时温度较高，需要保证端板在较高温
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度下的稳定性、控制形变。
3.1.1.4散热设计
燃料电池堆在大功率放电时，电池内部会产生大量的热，导致温度升高，易引起安全问题。燃料电池堆在结构设计时，要模拟分析电池内部发热量分布、热扩散路径和传递速度，验证优化冷却水流量和温度，保证电堆产生的热量能够及时高效的排出电堆，使电堆的温度控制在合理的范围内。
3.1.1.5密封设计
燃料电池堆的密封主要是极板与膜电极之间的活化区域密封，一般采用硅橡胶、氟硅橡胶、三元乙丙橡胶（EPDM）、聚异戊二丁烯（PIB）、氯丁橡胶和丁睛橡胶等高弹体材料。除此以外还有MEA各层间的密封、接头密封、封装外壳的防水防尘等。活化区域密封件主要功能是防止气体、冷却水从极板和膜电极的边缘泄漏出去，造成易燃气体泄漏，因此需要在极板和膜电极上设计密封结构，同时需要设计密封胶线。由于密封胶线在电堆组装应力及较高温度下变形较大，压缩永久形变会变差，在燃料电池运行环境下会缓慢降解，为了在燃料电池堆全生命周期内保证密封的可靠性，需要考虑密封圈的耐温、耐压、耐自由基和F-攻击等特性。
3.1.1.6封装设计
燃料电池堆在组装完成后需要进行封装，因为极板和膜电极侧面在未进行封装时是裸露的，当燃料电池堆在向外输出电能时，一旦有导电物体接触极板，就会导致导电物体带电，甚至引起电堆的短路，从而引起人员、设备和电堆的危险。封装材料必须具有较强绝缘性和高可靠性，保证在燃料电池堆在生命周期内不会脱落或失效。
燃料电池堆应有外壳做必要防护，防止其部件与外部高温部件或环境接触。燃料电池堆外壳应避免容易对人体产生危害的结构。
封装外型尺寸应设计与电堆和端板空间匹配，要对各个方向尺寸开展公差分析，同时保证封装材料在装配时不被损坏，从而导致极板或膜电极的裸露。
3.1.2燃料电池堆制造环境要求
燃料电池堆生产过程温度、湿度环境条件必须确定并得到保证。一般不允许出现超出温度、湿度极限值的情况，为此应制定适当的应对方案。燃料电池膜电极（MEA）对水分非常敏感，典型地，在25℃时，膜电极车间的相对湿度应控制在40%±5%。
必须控制燃料电池堆生产过程的粉尘度，需要防止外来的颗粒物渗透到任何生产区域。
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生产系统需要防止金属磨损，如果不能防止金属磨损，应采取适当措施保证这些磨损产生的颗粒不进入生产过程。应对定期检测到的粒子进行常规分析，以确定粒子的数量、大小和组成，特别是在导电性(如金属粒子)方面。颗粒数量、大小、成分超出规格要求应立即采取纠正措施。粉尘度应控制在10万级以下，MEA制备、金属板涂层部分关键工序的粉尘度应在1万级以下。
3.1.3燃料电池堆测试
3.1.3.1燃料电池堆测试要求
燃料电池堆在出厂前需要进行相关的测试，在保证性能的同时保证安全，同时需要对电池堆的外观进行检测，保证电池堆外观没有明显缺损。
3.1.3.2燃料电池堆泄漏测试
为确保电池堆的气密性，需要对燃料电池堆进行泄漏测试。将电池堆的氢气、空气和冷却水端口与泄漏测试机的三个端口相连接。打开测漏机开始进行泄漏测试，测试电池堆的外部泄漏量（总外漏、空气腔外漏、氢气腔外漏、冷却腔外漏）和内部窜漏量（空到氢窜漏、氢到空窜漏、空到冷窜漏、氢到冷窜漏）。电池堆中每片单电池外部泄漏量和内部窜漏量分别不得超过相应的规定值，该规定值由测量使用气体的类型、压力以及MEA的面积来确定。
3.1.3.3燃料电池堆绝缘性和耐高压测试
使用高压绝缘测试仪对电池堆进行绝缘性测试。把电池堆放在高压绝缘测试台，短接阴阳极两个集流板的端子。打开万用表，测量端口端子与阴阳极端子之间的电阻，读数应很高（显示"OL"）。
对电池堆进行耐高压测试，确保金属杆压住所有的绑带，确保电池堆两端短接，高压绝缘测试仪的红色正极线夹到短接线端，黑色负极线接到金属杆，用安全罩盖住电池堆组件，打开电源开始测试。当计时器结束时，记录绝缘阻值。
3.1.3.4燃料电池堆性能测试
燃料电池堆在完成泄漏测试、电绝缘测试和耐高压测试后，确保没有泄露、绝缘和耐高压问题才可以进行燃料电池堆性能测试。
将燃料电池堆放置在燃料电池性能评价测试台上，连接好供气管路、冷却水管路、负载线路、巡检线路，待一切线路连接就绪，开始给电池堆进行加热，待电池堆温度到达指定温度后开始给燃料电池堆进行通气和加载，加载电流根据电池堆的设计有所区别，一般加载至额定工作电流，同时检测燃料电池堆电压情况，单节电压最低不能低于0.3V，避免燃料电
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池堆中单池电压过低引起反极，将质子交换膜烧穿引起氢空混合，出现安全隐患。当单节电压低于0.3V时，应及时减小电流输出， 升燃料电池单池最低电压，如果减小电流仍单池电压仍然低于0.3V，应立即停止测试，寻找原因。
3.1.4燃料电池堆安全评价
3.1.
4.1机械冲击评价
燃料电池堆安装固定后，在3个轴向：X向、Y向、Z向上以5.0g的冲击加速度进行冲击试验。机械冲击脉冲采用半正弦波形、持续时间15ms，每个方向各进行一次。
燃料电池堆冲击测试之后，机械结构应不发生损坏，气密性满足前述3.1.4.2气密性检测要求，绝缘性应满足前述3.1.4.3绝缘性要求。
3.1.
4.2振动评价
振动测试模拟车辆长时间在复杂路况行驶（如搓板路、颠簸路、起伏路等）。燃料电池堆长时间振动颠簸后电池堆内部不能出现错位从而发生短路和气体泄漏等安全问题。实验要对燃料电池堆进行X、Y、Z 三个方向的振动测试，每个方向21h。要求测试后，电池堆连接可靠、结构完好，最小监控单元电压无锐变，电压差的绝对值不大于0.15V，无泄漏、外壳破裂、爆炸或着火等现象。燃料电池堆的绝缘性能和气密性性能无明显下降。
振动测试后，燃料电池堆中的零部件无明显位移、扭转和弯曲；零部件的谐振频率与初始值的偏差应小于10%，各个紧固螺丝的剩余紧固力不低于初始值的60%；各个电连接点的电阻与初始值的偏差应小于5%。
3.1.
4.3气密性评价
燃料电池堆处于冷态，关闭燃料电池堆的氢气排气端口、空气排气端口和冷却液出口，同时向氢气流道、空气流道和冷却液流道通入氮气，压力均设定在正常工作压力，压力稳定后关闭进气阀门，测量气体泄漏量，具体指标应满足3.1.4.2的要求。
3.1.
4.4电安全
（1）绝缘性能
燃料电池堆在加注冷却液而且冷却液处于冷态循环状态下，正负极的对地绝缘性要求分别不应低于100Ω/V。
（2）人员触电防护
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燃料电池堆人员触电防护要求应符合GB/T 18384.3-2015的相关规定。
应防止人员与B级电压电路的带电部分直接接触，因此燃料电池带电外层需有遮栏或外壳，防止接近带电部分。
（3）接地保护
当燃料电池堆输出电压高于60V，燃料电池堆需有接地点，接地点与所有裸露的金属间电阻小于0.1Ω。
具体测量方法为，测量前燃料电池堆与其相连的其他供电电源和负载断开，测量时测量仪表端子分别连接至接地端子和燃料电池堆外壳。
3.1.
4.5警示标识
燃料电池堆的警示标识应满足以下规定：
（1）当燃料电池堆的最高电压大于60V时，燃料电池堆上应有高压电标识，标识符号采用GB/T 18384.1-2015中规定的标记符号；
（2）燃料电池堆要进行极性标识，正极使用红色，负极使用黑色；
（3）其他方面内容标识和说明，应符合GB/T 20042.2-2008中第八章的规定。
3.1.5燃料电池堆储运安全
3.1.5.1包装安全要求（包括铭牌、警示标签和包装）
燃料电池堆的包装应防水、防潮，必要时应该在包装袋中加干燥剂除湿。包装要考虑运输环境条件（公路运输、铁路运输、水路运输等情况）下对燃料电池堆的保护，防止搬移过程中的挤压和损伤，导致安全失效。
燃料电池堆应以最小单元隔离固定，预留安全距离，避免发生电气安全问题。
3.1.5.2运输与贮存安全要求
燃料电池堆必须牢靠固定在货物运输装置的内部；避免对燃料电池堆日晒、雨淋、受潮；避免燃料电池堆受压，严格按照产品规格书要求摆放。
3.2燃料电池系统安全要求
3.2.1通用安全性
3.2.1.1外壳防护
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燃料电池系统的外壳应具有保护操作人员不受带电、过热（最高表面温度超过60℃）等存在危险性部件的伤害，在带电或过热的部位应具有警示标识，警示标识应符合GB 2894-2008的规定。
燃料电池系统外壳安全防护设计时应考虑外力挤压、跌落、振动、冲击等工况下外壳结构对燃料电池系统的防护，使系统仍能够满足功能要求。外壳防护材料应符合ROHS要求，还应满足客户特殊要求，如识别如硫含量等有害化学成分。
（1）燃料电池系统外壳不得具有可能造成人身伤害的尖利边角和粗糙表面，金属外壳通常应设计良好的接地点，避免尖锐带电体的尖端放电；
（2）燃料电池系统外壳应具有足够的强度、刚度、耐用性、耐腐蚀性及其他物理特性，以在存储、运输、安装及最终使用地区的工作环境条件下，避免出现外壳的局部塌陷、间距缩小、结构松动、零部件移动或其他严重缺陷，防止增大着火和意外事故的危险；
（3）如果燃料电池系统安装于车辆易涉水部位，则燃料电池系统外壳的设计和试验应符合IP67防护等级；
（4）由于故障或其他原因，燃料电池系统内的零件可能松动或被甩出，因此外壳应足以容纳这些零件并能防止它们甩出；
（5）在系统全生命周期内，外壳通风口设计应考虑到正常工作情况下不会被尘埃、雪花或植物堵塞；
（6）在系统全生命周期内，根据燃料电池系统的使用寿命要求和使用区域环境要求来确定系统的防腐蚀等级；
（7）如果系统外壳内有保温材料，保温材料在正常情况下除导热率低以外还应具有吸水性低、阻燃性好、电绝缘性能好等特点。
3.2.1.2控制系统及保护部件
设计和制造燃料电池系统的控制系统时，应满足安全和可靠性分析的要求，确保系统部件的单点故障不会导致危险情况发生，设计的手动装置应明确标识，可防止意外调节、启动与关闭。
燃料电池控制系统一般应具备下述告警信息：负载过载、氢气泄漏、燃料电池故障、辅助储能模块故障、DC/DC模块故障、供氢压力低、供氢压力高、系统输出电压高、系统输出电压低、短路、过温、环境温度高、环境温度低、空气压力低、空气压力高、冷却水路压力低、冷却水路压力高、通讯故障、系统绝缘低、空压机故障等。系统应能自动发出告警信号，
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并能通过通信接口将告警信号传送到近端、远程监控设备。
燃料电池系统在以下几种工况下应在控制系统中 供紧急关机和非正常关机功能：
（1）过载保护。当系统输出在额定功率100%-110%之间，持续10min或输出超过额定功率110%，持续3s，电压变换单元应自动进入输出限流保护状态，故障消除后，应能自动恢复工作。在上述工况下，燃料电池系统应能发出报警信号；
（2）燃料电池系统入口氢气高、低压保护。当系统检测到供氢压力低于系统规定的最低压力，应发出报警，燃料电池系统故障停机，同时主动关断阀件停止供氢；当系统检测到供氢压力高于系统规定的最高压力时，应发出报警，燃料电池系统故障停机，关断储氢系统电磁阀停止供氢，同时通过泄压装置，及时释放压力；
（3）输出过电压及欠电压保护。系统输出电压超过过压保护设定值或者低于欠压设定值时，应发出报警信号。当电压超过过压保护设定值时，燃料电池系统应能自动关机保护；
（4）短路或漏电保护。当系统中有电路短路或漏电时，控制系统应能通过显示屏或声光等方式发出报警信号，同时可自动切断燃料电池发电输出线或紧急关机；
（5）氢气泄漏保护。系统应具有氢气泄漏检测功能，并在发生泄漏时能发出报警信号；氢泄漏浓度超过20000ppm，燃料电池系统自动切断发电输出线或紧急关机；
（6）系统过温保护。当系统冷却水出口温度超过温度限值，应发出报警，燃料电池系统故障停机；
（7）燃料电池故障保护。当燃料电池出现单体电压以及压差超过限定值，燃料电池系统应自动进入输出限流保护状态，故障消除后，应能自动恢复工作；如果故障无法消除，应发出报警，并请求燃料电池系统停机。
为保证燃料电池系统能够正常、安全运行，应安装恰当的保护部件，并满足以下要求：（1）保护性装置安装位置应满足维护和检测要求；
（2）保护性装置应独立于其他装置可能具有的各种功能；
（3）应 供诸如安全泄放阀等限压装置；
（4）氢气浓度传感器应根据IEC61779-6规定进行选择、安装、校对、使用和维护。3.2.1.3软管及软管组合件
软管及软管组合件至少应符合GB/T15329.1-2003中Ⅰ型管的规定。
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（1）用于输送水、氢气、空气的软管应耐腐蚀，减少离子析出，使用过程中没有不可接受的物理性质劣化和对介质的化学污染；
（2）内部压力超过100kPa的管路系统的设计、安装和测试应符合GB/T 20801.2-2006规定；
（3）氢气管路及连接装置应能防止应力腐蚀开裂。管路在燃料电池系统正常、紧急情况、故障运行和停车条件下，都应能在最大允许工作压力和最大允许工作温度下使用。3.2.1.4金属管路及其连接件要求
金属管路及其连接件应符合GB/T20972.1-2007的规定，与氢气相关的金属部件，其抗氢脆性应符合HB5067-2005中的规定，防止当进入燃料电池系统的氢气前端减压阀发生故障时，导致系统管路有高压氢气而发生的氢脆。
氢气管路及连接装置应能防止应力腐蚀开裂。高压下承载或输送流体的刚性与柔性管路和配件都应按照ISO16528-2007中的要求进行设计、安装和试验。
金属管路系统应能承受最高运行温度和最高运行压力的共同作用，并能与使用、维修和保养时所可能接触的其他材料、化学品相容。金属管路系统应保持完好，并应具有足够的机械强度，满足耐振动性要求。金属成型弯管在弯曲时不应产生影响使用的缺陷。金属管路安装前应彻底清理管路内表面颗粒物，仔细清除管路端口的障碍物和毛刺。
3.2.1.5硫化橡胶和热塑橡胶部件要求
硫化橡胶和热塑橡胶零部件，应符合以下条件：
（1）在制造商规定的产品寿命内，所有材料应能满足运行的最高温度和最高压力的综合要求，并能与正常使用、维护和检修将接触到的其他材料和化学品相容；
（2）外壳体的聚合物零部件和橡胶零部件应防止被机械损伤。聚合物和橡胶管路可根据使用情况必要时加装防护套管或外罩；作为氢气、空气排放系统管路，应采用抗冷凝物腐蚀的材质制作，应鉴定其耐温、强度和抗冷凝物反应的性能；
（3）输送氢气的聚合物或橡胶管件应预防可能的过热，在温度达到比氢气输送管路材料的最低变形温度（HDT）还低10℃之前，控制系统应能切断氢气的供应；设计时根据安全及可靠性考虑采用适当的泄压装置或方法来保护零部件，防止过压引起损坏；
（4）运输流体（如氢气）的非金属管材会在其内外表面积累静电荷，并且部分电荷可转移至管材两端连接的金属配件上，管材外表面或配件的放电有可能足以点燃环境中的易燃
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气体。因此用于危险区域内的聚合物或橡胶材料应具有防止静电电荷累积的有效措施，如具有导电性；或通过测试证明，测试电压达到1000V，末端电阻小于1MΩ/m，该非金属管材材料可减轻电荷积累现象，可选用该管材；或通过静电累积试验来检测正常和非正常工作条件下，管材材料上不会因为流体流过管材而产生引燃的静电荷。在不满足上述要求的情况下，设计时须将流体气速限定在特定值之内，使静电荷不会在这种非金属材料上产生累积；
（5）硫化橡胶和热塑性橡胶部件应按GB/T3512-2014的规定进行热空气加速老化试验和耐热试验（老化时间不低于96h），试验后性能仍满足发电系统的要求。
3.2.1.6材料和元器件以及结构设计要求
材料和元器件以及结构设计应符合GB3836.1-2010中Ⅱ类设备的防爆安全规定。发电系统内部的材料及元器件应满足以下要求：
（1）发电系统使用过程中，内部导线和元器件能够承受最大电流的使用要求，同时承受发电系统正常运作状态下可能产生的任何温度；
（2）在规定的允许温度下，发电系统内部的导线和元器件的机械强度不会降低，不会因为热膨胀而超过材料允许承受的应力，不会损坏邻近的绝缘部件；
（3）内部导线的选用应符合GB3836.4-2010中5.6的规定；
（4）内部导线及元器件的连接装置应符合GB3836.4-2010中7.2的规定，与金属部件接触的内部导线，应有机械保护或加以适当固定以防损坏。
3.2.1.7接地要求
发电系统内部部件的导体外壳应同电平台连接，确保在氢气泄漏时，不会因静电引燃氢气。
CAN总线支路距离控制符合规范，屏蔽单点接地，请保证在抗干扰能力最差的地方单点接地，屏蔽线接法避免采用拧股方式。
燃料电池系统内部高压零部件一般接地处理，这一方面是为了改善EMC，一方面是为了满足安全需要。高压零部件接地需满足以下要求：
（1）所有与高压部件接触的可导电部分必须接地；
（2）系统接地点应有明显标识，接地点用铜螺母；所有接地点应保证导电性，不应有导电性差的漆及氧化物，防止接地不良；系统外壳、所有可触及的金属零部件与接地端子之间的电阻应不大于0.1Ω；
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（3）所有接地点锁紧螺母应保证一定的安装扭矩，接地线应尽可能地短；
（4）高低压线束保持安全间距，屏蔽线需要按要求连接，屏蔽线需要最短。
3.2.1.8燃料电池系统热安全
燃料电池系统散热元器件主要包含水冷散热器和风冷散热器，上述散热器应具有足够的散热面积，保证系统内部热源与热管理系统之间热传递满足设计需求。燃料电池系统设计时应考虑防止燃料电池电堆、空压机等高电压零部件过温而引发安全事故。
（1）燃料电池系统内部使用的电机应设置温度传感器，并通过电机控制器实现温度检测功能。如果检测到电机温度过高，通过CAN通讯向燃料电池系统控制器输出电机温度报警或者电机温度过高信号，控制系统应限制电机功率或停止工作。温度传感器的设置位置及数量应能反应不同工况下最高温度和最低温度要求，同时应考虑温度传感器的精度、适用范围及响应时间；
（2）燃料电池系统应能有效对燃料电池堆进行散热和降温，以确保燃料电池堆工作温度始终在正常使用范围内，以免温度过高影响燃料电池堆的使用寿命；
（3）为保证特定区域使用的燃料电池系统低温启动性能，设计有加热元器件。在燃料电池系统内置加热部件进行热设计时，应具备相应的安全设计（如引入二次热熔保护机制），当加热部件温度过高时，能够切断加热元器件电源；
（4）对于热管理系统中的液冷流路，当系统可能发生泄漏甚至产生安全隐患时，热管理系统设计应考虑具有相应的检测手段，并发出报警信号；
（5）针对燃料电池系统可能存在的着火风险，系统零部件应尽量选用阻燃等级较高或者不燃烧的材料，即使在热失控的极端条件下，系统内零部件至少不会加剧燃烧反应。3.2.2部件安装及防护
（1）在燃料电池系统设计制造时，应充分考虑其组件、配件的安装稳定性，以便在预定的运行条件下使用不会发生翻倒、坠落或意外移动的风险。
（2）所有燃料系统的部件和连接管线应安装牢固，并配有刚性支撑。如必要时，可使用防震支架，避免因汽车振动而导致损坏、泄漏等故障。
（3）所有燃料电池系统的部件都要采取适当的保护措施，且不应放置在汽车的最外缘，压力释放装置（PRD）、排气管道除外。可能排出或泄漏出氢气的出口应远离可能产生火花或高温的器件。
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3.2.3燃料电池系统安全测试
3.2.3.1气体泄漏测试
燃料电池系统在进行该项测试时泄漏量不得超过规定限值。在进行该试验前，应按照氢系统、空气系统、冷却系统分类，确定不同系统中，进行该项试验的部件应能承受与燃料电池系统正常运行过程中相同的内部压力。氢系统、空气系统、冷却系统应作为独立试验段，分别加压。
应在试验段的入口处连接一个能够为气体介质 供试验压力的、合适的加压系统或稳压系统以及一个能够精确测量泄漏量的流量测量装置，流量测量装置应位于加压系统和试验段之间，应通过合适的方法对试验段出口进行密封。使所有功能部件处于开启位置，在试验段的所有部件上均保持所要求的测试压力。
气体介质应逐渐进入试验段以便试验段在大约1min内逐渐达到不低于下表中规定的压力值。该压力应保持至少1min，或者更长时间，应记录在此时间段内流量测量装置显示的任何泄漏量。
表3-1 泄漏量试验要求
3.2.3.2气压强度测试
当采用惰性气体或空气进行该项测试时，处于测试中的燃料电池系统部件应不出现破裂、断裂、变性或者其他可见的物理损坏。
在进行该试验前，应按照氢系统、空气系统、冷却系统分类，确定不同系统中，进行该项试验的部件能承受与燃料电池系统正常运转过程中相同的内部压力。氢系统、空气系统、冷却系统应作为独立试验段，分别加压。必要时可通过便捷方法将被测试验段其与燃料电池系统的其他部分隔开。
应在试验段的入口处连接一个能够为气体介质 供试验压力的、合适的加压系统或稳压系统。使所有功能部件处于开启位置，在试验段所有部件上均保持所要求的测试压力。气体介质应被逐渐加注到测试段，在大约1min内达到不低于表3-2中规定的统一表压。该压力至少保持1min，或者更长时间，然后应将压力降低至设计压力。应依据下表确定是否通过。
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表3-2 气压强度试验要求
3.2.3.3燃料饥饿测试
燃料电池系统应以标称功率和正常运行参数运行至稳定状态。为了引发燃料饥饿，将燃料流量减少到代表最坏情况的水平，该最坏情况由燃料电池系统制造商 供的风险评估确定。电压监测系统或其他安全系统应 供一个信号，用于在达到危险状态之前，将燃料电池系统转换到安全状态。
3.2.3.4氧气/氧化剂饥饿测试
燃料电池系统应以标称功率和正常运行参数运行至稳定状态。为了引发氧气/氧化剂饥饿，将氧气/氧化剂流量减少到代表最坏情况的水平，该最坏情况由燃料电池系统制造商 供的风险评估确定。电压监测系统或其他安全系统应 供一个信号，用于在达到危险状态之前，将燃料电池系统转换到安全状态。
3.2.3.5冷却缺失/受损测试
在制造商规定的最大允许功率输出及制造商规定的稳定条件下运行时，将冷却液流（如果与氧化剂分开的话）立即停止，以模拟冷却系统出现缺失或受损等故障。
燃料电池系统应满足下列其中一种情况：
（1）在冷却液关闭后，燃料电池系统在制造商规定的允许时间内运行；
（2）在达到结构材料的使用温度极限之前，燃料电池系统因性能下降而关闭；
（3）燃料电池系统运行直到安全系统 供信号，使得燃料电池在达到危险状态之前，
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将燃料电池系统转换到安全状态。
3.2.3.6冷冻/解冻循环测试
该测试仅适用于存储温度或工作温度低于0°C的PEMFC燃料电池系统。
在以稳定方式正常运行后，应关闭燃料电池系统，然后将燃料电池系统冷冻在制造商指定的最低环境温度条件下。冷冻后，根据制造商的规格将其融化，直至达到最低10°C。该冻结/解冻循环重复十次，之后，应重复进行泄漏测试。
3.2.3.7电气过载测试
燃料电池发电系统应能够承受电气过载。在制造商允许输出电流高于额定电流，且能工作一段时间的情况下，燃料电池系统应先在额定电流下达到热稳定，然后将输出电流增加到制造商允许的数值并在制造商规定的时间内保持不变。该系统不应有起火、震动、破裂、断裂、永久变型或者其他物理损坏的危险。
若制造商不准许较高的电流，则不应进行该测试。
3.2.4燃料电池系统电气安全性
3.2.
4.1电路的电压等级
根据发电系统及其内部电路的工作电压（U），将电路分为不同等级，具体参考参考《电动汽车安全指南》第一章相关内容。
3.2.
4.2标识
（1）电气设备
如燃料电池系统电压接近B级电压，则其附近应标示B级电压设备的标志（如图1-1所示）。参照GB2893-2008、GB2894-2008和GB/T5465.2-2008的规定。
其他电气设备标识要求参考《电动汽车安全指南》第一章及第二章相关内容。
（2）B级电压配线的识别
B级电压电缆和线束外皮应由橙色加以区别，外壳里面或遮拦后面的也建议用橙色加以区别。B级电压连接器可通过与之连接的线束来区分。
3.2.
4.3触电防护要求
通常情况下，燃料电池系统上易触及的导电部件不应存在带电风险。为防止意外接触带
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电部件，应对燃料电池系统采用合适的结构和防护外壳，防止人员触电，包括：直接接触防护和间接接触防护。具体要求参考《电动汽车安全指南》第一章及第二章相关内容。
3.2.
4.4绝缘要求
燃料电池系统的绝缘设计应满足GB/T18384-2015或者企业要求。燃料电池系统及其内部电路的绝缘防护措施应符合以下要求：
（1）对于A级电压的电路不要求 供绝缘防护；
（2）对于任何B级电压电路的带电部件应采取绝缘措施， 供危险接触的防护，绝缘措施包括但不限制于基本绝缘或遮挡/外壳或多种绝缘方式组合，无论采用何种方式都应达到GB/T18384.3-2015规定的要求。
（3）依据GB/T18384.3-2015规定，在最大工作电压下，直流电路绝缘电阻应至少大于100Ω/V，交流电路应大于500Ω/V。如果直流和交流的B级电压电路可导电的连接在一起，则应满足绝缘电阻应大于500Ω/V的要求。
3.2.
4.5电气间隙与爬电距离
燃料电池系统内部的绝缘体应有足够的耐电压能力，进行耐电压试验不应发生绝缘击穿或电弧现象。
（1）燃料电池系统高压电气间隙和爬电距离参考GB/T16935.1-2008，燃料电池堆阳极和阴极不受这些间隙和爬电的要求；
（2）燃料电池系统设计中，可根据耐压等级、环境污染等级确定电气间隙；
（3）燃料电池系统设计中，可根据环境污染等级、材料CTI值，工作电压、工作海拔高度等确定爬电距离；
（4）当主电路与控制电路的额定绝缘电压不一致时，其电气间隙和爬电距离可分别按照其额定值选取。主电路或者控制电路导电部分之间具有不同额定值时，电气间隙与爬电距离应按照最高绝缘电压选取。
3.2.
4.6电气连接可靠性
（1）燃料电池系统内部各回路电连接部分应具有有效的设计，建议采用螺纹胶锁死，以保证系统整个生命周期内保持连接阻抗的可靠性；
（2）燃料电池系统内部各回路电连接部分的连接阻抗应具备明确的指标及检测方法，
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以便在生产、维护时进行检测；
（3）燃料电池系统内线束高低压连接端子与电线应连接牢固；
（4）连接器需要具有一个锁紧装置以避免分离或接触不良，高压连接器还应具有高压互锁功能。
3.2.5燃料电池系统安全监控要求
燃料电池系统的设计和制造应充分考虑正常或非正常使用过程中可能遇到的各种故障和/或事故的安全风险，采取相应的处理措施加以避免。并参照GB/T 7826-2012进行相应的风险评估及可靠性分析。
对于无法避免的安全风险，应 供安全 示标识和处理说明，以及声、光等警示及自动和/或手动处理措施。
控制系统的设计应具有监控燃料电池系统各个功能子系统运作状况的功能，并能防止因系统部件的单一故障而升级为危险情况的保护功能。
人工控制装置应有明确标识，且设计样式可防止意外调节与启动。
3.2.6冲击、振动与碰撞
振动是结构件耐久性的考验，区别于传统车，燃料电池系统激励源主要来自汽车行驶过程中路面的不平整造成的，路面的激励频率大部分集中在低频端，燃料电池系统设计中应据此考虑燃料电池系统的整体固有频率。
燃料电池系统应具有一定的抗冲击振动的能力，保证正常使用、运输或储存过程中产生的冲击振动不会对系统各个部件产生损害。
（1）系统设计时应分析碰撞过程中外壳防护箱体及其内部结构（燃料电池堆、高低压线束、辅助系统）产生的最大变形情况，并基于燃料电池堆优先保护的原则来判断冲击、振动与碰撞过程中的安全风险；
（2）外壳防护箱体可根据空间要求，设计加强筋或波形板等加强结构， 高整体结构强度；
（3）可结合车辆整车布置考虑具有吸能效果的结构设计，设计时应考虑响应材料的塑性要求；
（4）考虑电气连接件的可靠性，避免造成电气部件电线脱落或碰线，避免因振动导致
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的短路等现象；
（5） 高供氢系统、热管理系统结构强度，增加防护设计，避免冲击、振动与碰撞过程中氢气管路系统损坏和氢气泄漏，避免冷却液泄漏。
3.2.7电磁兼容
燃料电池系统设备应通过合理布置及屏蔽保护设计，在工作/非工作状态下时，耐受车载发射机标准发射功率场强度等级电磁辐射干扰时，不发生功能状态偏离及安全降级。应按照GB/T33012.3-2016对不同发射机工作频段进行试验验证。
燃料电池系统应能抗工作环境下电磁干扰，在预设的环境中确保电压、温度等信号采集，通信、电磁阀启闭等功能正常运行，并且在正常运行时，不会产生高于规定水平的电磁干扰。
燃料电池系统的高压线束应具备EMC屏蔽措施，其走向布置不应使得EMC辐射增强，信号采集控制线束应尽量与高压线束垂直，避免高压线束辐射串扰。高压线束屏蔽层应与高压部件可导电外壳有效连接。
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燃料电池系统工厂设计规范
燃料电池系统工厂设计规范 1范围 本文件规定了燃料电池系统工厂设计的基本规定、总体规划、系统工艺、测试区、数字化工厂设计、车间供氢站、建筑结构、气体管路、暖通、给水排水、电气和消防与安全规范。 本规范适用于氢燃料质子交换膜燃料电池系统工厂的新建、改建、扩建工程设计，也适用于燃料电池系统研发、生产、测试的场所。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T24548燃料电池电动汽车术语 GB/T37244质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气 GB3836.14爆炸性环境第14部分：场所分类爆炸性气体环境 GB3095环境空气质量标准 GB50016建筑设计防火规范（2018年版） GB50177氢气站设计规范 GB/T31139移动式加氢设施技术规范 GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管 GB/T12771流体输送用不锈钢焊接钢管 GB50028城镇燃气设计规范 GB50516加氢站技术规范 GB50029压缩空气站设计规范 GB50316工业金属管道设计规范 GB4962氢气使用安全技术规程 GB7231工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识 GB50019工业建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50058爆炸危险环境电力装置设计规范 GB50116火灾自动报警系统设计规范 GB50222建筑内部装修设计防火规范
GB51245工业建筑节能设计统一标准 GB50011建筑抗震设计规范 GB51022门式刚架轻型房屋钢结构技术规范 GB/T50476混凝土结构耐久性设计规范 GB50223建筑工程抗震设防分类标准 GB50010混凝土结构设计规范 GB50017钢结构设计标准 GB50153工程结构可靠性设计统一标准 GB50009建筑结构荷载规范 GB50974消防给水及消火栓系统技术规范 GB50193二氧化碳气体灭火系统设计规范 GB50370气体灭火系统设计规范 GB50140建筑灭火器配置设计规范 GB51309消防应急照明和疏散指示系统技术标准 GB25972气体灭火系统及部件 GB50981建筑机电工程抗震设计规范 GB50013室外给水设计标准 GB50014室外排水设计规范 GB50015建筑给排水设计标准 GB50054低压配电设计规范 GB50034建筑照明设计标准 氢燃料电池汽车安全指南（2019版） 3.术语 3.1 燃料电池系统fuel cell system 指氢燃料电池发动机，主要部件包括电堆、发动机控制系统、氢气供给系统、水热管理系统、空气供给系统等，在外接氢源及物料（空气、水）的条件下可以正常工作。 3.2 氢燃料fuel hydrogen 满足燃料电池系统正常工作的气态氢气燃料，品质符合现行《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》GB/T37244。
国内外燃料电池电堆及组件
国内外燃料电池电堆及组件 电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池动力系统核心部分，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成燃料电池电堆。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。 图1氢燃料电池电堆构成 国外乘用车厂大多自行开发电堆，并不对外开放，例如丰田、本田、现代等。也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业，例如奥迪（采
用加拿大巴拉德定制开发的电堆）和奔驰（采用奔驰与福田的合资公司AFCC 的电堆）。乘用车因为空间限制，目前只能采用高压金属板电堆的技术方案。目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard 和Hydrogenics，欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品，已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验，这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能，Ballard还与广东国鸿设立了合资企业生产9SSL电堆。 此外还有一些规模较小的电堆开发企业，例如英国的Erlingklinger，荷兰的Nedstack等，在个别项目有过应用，目前产能比较有限。 国内能够独立自主开发电堆并经过多年实际应用考验的只有大连新源动力和上海神力两家企业，大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线，与上汽合作，开发了荣威950乘用车和上汽V80客车。上海神力成立于1998年，是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业，目前两家都建成了燃料电池电堆中试线，正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。另外有一些新兴的燃料电池电堆企业，例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等，也开发出燃料电池电堆样机和生产线，正处于验证阶段。
氢燃料电池控制策略培训课件
氢燃料电池控制策略
目录 30KW车用氢燃料电池控制策略 ............................ 错误!未定义书签。目录 (2) 1控制策略的依据 (4) 230KW车用氢燃料电池控制策略 (5) 2.1P&ID (6) 2.2模块技术规范 (7) 2.3用户接口 ................................................... 错误!未定义书签。 2.4系统量定义 (9) 2.5电堆电芯(CELL)电压轮询检测策略 (11) 2.5.1Cell巡检通道断线诊断处理 .................. 错误!未定义书签。 2.5.2Cell巡检通道断线诊断结果处理........... 错误!未定义书签。 2.6Cell电压测算............................................. 错误!未定义书签。 2.7电堆健康度SOH评估............................... 错误!未定义书签。 2.7.1特性曲线电阻段对健康度的评估方法.. 错误!未定义书签。 2.8ALARM和FAULT判定规则 (11) 2.9工作模式（CRM和CDR）策略 (12) 2.10电堆冷却液出口温度设定值策略 (12) 2.11空气流量需求量计算 (12) 2.12阳极氢气循环回路控制策略 .................... 错误!未定义书签。
2.13阴极空气传输回路控制策略 (15) 2.14冷却液传输回路控制策略 ........................ 错误!未定义书签。 2.15阳极吹扫（Purge）过程 (18) 2.16防冻（Freeze）处理过程 (18) 2.17泄漏检查（LeakCheck）机理 (19) 2.17.1在CtrStat17下的LeakCheck (19) 2.17.2CtrState2下的泄漏检查 (19) 2.18注水入泵（Prime）过程 (20) 2.19状态及迁移 (20) 2.19.1状态定义 (20) 2.19.2状态迁移图 (21) 2.19.3状态功能 (22) 2.19.4迁移条件 ................................................ 错误!未定义书签。 2.20CAN通讯协议。........................................ 错误!未定义书签。3未确定事项 ..................................................... 错误!未定义书签。
氢燃料电池电堆系统控制方案
AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2
WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图
表1 模块附件表：
表2 车载系统附件表：
2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若
不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用
《氢燃料电池安全指南》(2019版)燃料电池堆及系统安全
3燃料电池堆及系统安全 3.1燃料电池堆安全 3.1.1燃料电池堆设计 3.1.1.1燃料电池堆分类 目前车用的燃料电池主要是质子交换膜燃料电池堆（PEMFC），质子交换膜燃料电池堆根据极板使用的材料不同，分为金属极板燃料电池堆和石墨极板燃料电池堆等。 3.1.1.2燃料电池堆功率 燃料电池堆体积比功率决定了后期电堆和系统的组合方式以及电堆的热管理设计。较小体积比功率电池堆有利于热的扩散，对整体电堆和系统热管理设计有益。较大体积比功率电池堆有利于系统设计和制造过程简单化和电池堆体积的减小。 不断 升燃料电池堆体积比功率是长期、系统的工作，建议要在确保安全性、可靠性和关键电性能指标的前 下， 升燃料电池堆的比功率和功率。 3.1.1.3燃料电池堆关键材料 燃料电池堆使用的材料对工作环境应有耐受性，燃料电池堆的工作环境包括振动、冲击、多变的温湿度、电势以及腐蚀环境；在易发生腐蚀、摩擦的部位应采取必要的防护措施。 （1）质子交换膜 质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其主要作用是分隔阳极和阴极，阻止燃料和空气直接混合发生化学反应，并传导质子、阻止电子在膜内传导；质子交换膜的质子传导率越高，膜的内阻越小，燃料电池的效率越高。质子交换膜材料要具有足够的化学、电化学、热稳定性和一定的机械稳定性，保证燃料电池在工作过程中能够耐受气流冲击、电流冲击和自由基攻击而不发生降解，保证燃料电池内部不会发生气体窗口窜漏、短路等危险。 对于全氟磺酸膜类质子交换膜，要有较好的热稳定性、化学稳定性和良好的机械稳定性，避免其在高温时发生化学降解，防止燃料电池在高温和高电位时出现化学降解导致气体窜漏引发氢氧混合。气体串漏对燃料电池的安全性有较大影响，要优先选用机械强度高的质子交换膜。质子交换膜厚度和燃料电池安全性密切相关，燃料电池质子交换膜厚度的选择建议充分考虑由于降低隔膜厚度带来的安全风险。 （2）气体扩散层 21/53
氢燃料电池电堆系统控制方案
氢燃料电池电堆系统控制方案 案场各岗位服务流程 销售大厅服务岗： 1、销售大厅服务岗岗位职责： 1)为来访客户提供全程的休息区域及饮品; 2)保持销售区域台面整洁; 3)及时补足销售大厅物资,如糖果或杂志等; 4)收集客户意见、建议及现场问题点； 2、销售大厅服务岗工作及服务流程 阶段工作及服务流程 班前阶段1）自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域 2）检查使用工具及销售大厅物资情况，异常情况及时登记并报告上级。 班中工作程序服务 流程 行为 规范 迎接 指引 递阅 资料 上饮品 （糕点） 添加茶水 工作 要求 1）眼神关注客人，当客人距3米距离 时，应主动跨出自己的位置迎宾，然后 侯客迎询问客户送客户
注意事项 15度鞠躬微笑问候：“您好！欢迎光临！”2）在客人前方1-2米距离领位，指引请客人向休息区，在客人入座后问客人对座位是否满意：“您好！请问坐这儿可以吗？”得到同意后为客人拉椅入座“好的，请入座！” 3）若客人无置业顾问陪同，可询问：请问您有专属的置业顾问吗？，为客人取阅项目资料，并礼貌的告知请客人稍等，置业顾问会很快过来介绍，同时请置业顾问关注该客人； 4）问候的起始语应为“先生-小姐-女士早上好，这里是XX销售中心，这边请”5）问候时间段为8:30-11:30 早上好11:30-14:30 中午好 14:30-18:00下午好 6）关注客人物品，如物品较多，则主动询问是否需要帮助（如拾到物品须两名人员在场方能打开，提示客人注意贵重物品）； 7）在满座位的情况下，须先向客人致歉，在请其到沙盘区进行观摩稍作等
待； 阶段工作及服务流程 班中工作程序工作 要求 注意 事项 饮料（糕点服务） 1）在所有饮料（糕点）服务中必须使用 托盘； 2）所有饮料服务均已“对不起，打扰一 下，请问您需要什么饮品”为起始； 3）服务方向：从客人的右面服务； 4）当客人的饮料杯中只剩三分之一时， 必须询问客人是否需要再添一杯，在二 次服务中特别注意瓶口绝对不可以与 客人使用的杯子接触； 5）在客人再次需要饮料时必须更换杯 子； 下班程 序1）检查使用的工具及销售案场物资情况，异常情况及时记录并报告上级领导； 2）填写物资领用申请表并整理客户意见；3）参加班后总结会； 4）积极配合销售人员的接待工作，如果下班时间已经到，必须待客人离开后下班；
燃料电池种类工作原理及结构
燃料电池 燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。 燃料电池含有阳阴两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由阳极进入供给燃料，氧气（或空气）由阴极进入电池。 电池经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成氢质子（proton ）与电子（electron ），其中质子进入电解液中，被氧“吸引”到薄膜的另一边，电子经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子。这正是水的电解反应的逆过程，因此水是燃料电池唯一的排放物。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，为一种 "发电机"。 阳极反应 - 阴极反应 总反应 伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。 燃料电池的分类 1 按燃料电池的运行机理分 根据燃料电池的运行机理的不同，可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。例如磷酸燃料电池(PAFC)和液态氢氧化钾燃料电池(LPHFC)。 2按电解质种类分 根据燃料电池中使用电解质种类的不同，可分为酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质的燃料电池。即碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。在燃料电池中，磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)可以冷起动和快起动，可以用作为移动电源，适应燃料电池电动汽车(FCEV)使用的要求，更加具有竞争力。 3按燃料类型分 燃料电池的燃料有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料和汽油、柴油以及天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。根据燃料电池使用燃料类型的不同，可分为直接型燃料电池、间接型燃料电池和再生型燃料电池。 4按工作温度分 e H H 222+→+O H O e H 222122→+++O H O H 22222=+
氢燃料电池电堆系统控制方案总结
word 整理版 AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2
WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图word整理版
表1 模块附件表：
表2 车载系统附件表：
2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若
不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用
氢燃料电池电堆系统控制方案总结
范文范例学习指导DI-WEG IN H2 IN H2 PURGE1 H2 PURGE2 24V蓄电池 图1 1号电堆模块系统图 word整理版
范文范例学习指导 word 整理版H2TK RAD-D15 WEXPT FLT-D11 EMV-D13 WP-D12 HET-D14 氢气瓶组 N2 D15 FLT-DI17 AT AT AT±. 表1模块附件表: 表2车载系统附件表: 模块 冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空 气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4 做到一个阀组（manifold ）上。 阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1 个。要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水， 若不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 电堆空气出口压力 固体氧化物燃料电池 摘要燃料电池是公认的清洁、安全、方便的高效电源。文章重点介绍固体氧化物燃料电池(SOFC)研究与开发的现状、趋向、性能特点及应用领域。 关键词固体燃料电池，绿色能源 地球上的主要能源—煤、石油和天然气等化石燃料，在不久的将来终将耗尽。加之，现有的发电技术效率低，对环境造成污染，严重有悖于社会持续发展的要求。因而，发展燃能转换效能高、对环境污染低并便于应用的绿色能源，就成为下世纪有关国计民生的重大课题。 燃料电池是公认的清洁安全和方便的高能效电源一般情况下其能量转换效率可达60%，几乎是目前传统发电技术的两倍。热电联供则可高达85%。而且在其运行过程中主要副产物是对环境友好的水和二氧化碳。总之，燃料电池以先进的方式发电，并以更好的方式向用户供电，行将引起一场电力工业的革命。 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。 1.发展历史 固体氧化物燃料电池的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。早期开发出来的SOFC的工作温度较高，一般在800～1000℃。目前科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电池，其工作温度一般在800℃左右。一些国家的科学家也正在努力开发低温SOFC，其工作温度更可以降低至650～700℃。SOFC是人们公认的第三代先进燃料电池，美国能源部预测SOFC发电站有可能在下世纪初实现商业化，100千瓦级示范电站已经在运行试验之中。然而，SOFC虽已经过数十年研制，仍然存在着许多问题，商业化进程比预期要缓慢得多。 2.反应原理 在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池。近 DI-WEG IN H2 IN H2 PURGE1 H2 PURGE2 24V蓄电池 图1 1号电堆模块系统图 1 / 13 2 / 13 WEXPT FLT-D11 DI RAD-D15 EMV-D13 HET-D14 FCSC 24V 蓄电池 9 FCM H2 IN WP-D12 FLT-DI17 FLT-D16 H2TKC DI-WEG OUT DI-WEG IN WP-DRV 系统控制器 氢气瓶组控制器 EV-H12 H2 PURGE1 H2 PURGE ：' AIR OUT AIR IN HV+ HV- 1号电堆模块 循环水泵 调速器 FAN-DRV 散热器风扇 调速器 图2车用1号电堆系统系统图 氢气瓶组 H2TK SRV-H12 DC/DC N2 HV-H11 HV-N11 +氢气排放口 MIX -A12 FLT-A11 空气排放口 空气进气口 ■■去动力高 压配电箱 表1模块附件表: 表2车载系统附件表: 2.1 模块 冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空 气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3 EPV-H4 PT-H4组成， 通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管 路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4 做到一个阀组（manifold ）上。 阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电 堆。采用安全阀SRV-H5保护。 外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得 入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表 图片简介: 本技术涉及一种用于氢燃料电池电堆的集流板，包括集流板本体，集流板本体为金属板状，集流板本体由集流面和接线端两部分构成，集流面用于与电堆的石墨极板接触以收集电堆的电流，接线端用于与测试导线连接，集流面采用非平面结构，并通过非平面结构的凸起部分与石墨极板接触，接线端设置有螺丝孔和快插结构，快插结构与测试导线上的快插接头配合，以实现测试时快速插拔；本技术同现有技术相比，可以在很大程度上避免缺陷或者杂物周围造成的大面积悬空，增加了有效接触面积，且该结构对材料、加工精度、组装车间的清洁度的要求大大降低，节省了生产成本，同时实现了测试时快速插拔，增加了测试效率。 技术要求 1.一种用于氢燃料电池电堆的集流板，包括集流板本体，所述集流板本体为金属板状，其特征在于：所述集流板本体由集流面(1)和接线端(2)两部分构成，所述集流面(1)用于与电堆的石墨极板接触以收集电堆的电流，所述接线端(2)用于与测试导线连接，所述集流面(1)采用非平面结构，并通过非平面结构的凸起部分与石墨极板接触，所述接线端(2)设置有螺丝孔(3)和快插结构(4)，所述快插结构(4)与测试导线上的快插接头配合，以实现测试时快速插拔。 2.如权利要求1所述的用于氢燃料电池电堆的集流板，其特征在于：所述集流面(1)的表 面设计有凹凸结构，所述凹凸结构的凸起部分与石墨极板接触以收集电流。 3.如权利要求2所述的用于氢燃料电池电堆的集流板，其特征在于：所述凹凸结构呈阵列分布于集流面(1)的表面，所述凹凸结构为若干个横截面呈圆形的圆锥台凸起(5)或横截面呈椭圆形的椭圆锥台凸起(6)。 4.如权利要求2所述的用于氢燃料电池电堆的集流板，其特征在于：所述凹凸结构呈阵列分布于集流面(1)的表面，所述凹凸结构采用若干个小梯形方块、圆凸点、麻点，或采用喷砂表现形式。 技术说明书 一种用于氢燃料电池电堆的集流板 [技术领域] 本技术涉及燃料电池技术领域，具体地说是一种用于氢燃料电池电堆的集流板。 [背景技术] 氢燃料电池电堆(简称电堆)中，集流板一般采用金属铜板，加工成所需形状，集流板的结构分为集流面和接线端两部分，集流面用于与电堆的石墨极板接触，收集电堆的电流，接线端用于与外部导线连接，为负载供电。为减小接触电阻，目前现有的集流板与石墨极板接触的集流部分一般对石墨极板和集流板都要求有很高的平整度，如果石墨极板或者集流板加工时有表面缺陷，或者组装时有灰尘等杂物混入，则会导致缺陷处或者杂物处周围很大面积悬空，造成接触面减小，接触电阻增大。为减小此种情况发生，对材料、加工精度、组装车间的清洁度都有非常高的要求。 此外，与导线连接的接线端，常规做法是打一个或者几个通孔，与导线连接使用螺丝连接。此种方式接线可靠，但是由于电堆生产过程中会经过多次测试，需要多次装卸螺丝，操作复杂，不利于测试过程，特别是在小功率电堆中，电流不大，装卸螺丝的必要性不大，显得有些繁琐。 [技术内容] (最新最全的)国内氢能生产、储运、加注、燃料电池电堆、燃料电池汽车相关标准 （最新最全的）国内氢能生产、储运、加注、燃料电池电堆、燃料电池汽车相关标准一、氢能生产、储运、加注相关标准 序号标准号/计 划号 标准名称备注 1 GB/T 19 773-2005 变压吸附提纯氢系统技术要 求 已发布 2 GB/T 19 774-2005 水电解制氢系统技术要求 已发布 3 GB/T 24 499-2009 氢气、氢能与氢能系统术语已发布 4 GB/T 26 915-2011 太阳能光催化分解水制氢体 系的能量转化效率与量子产 率计算 已发布 5 GB/T 26 916-2011 小型氢能综合能源系统性能 评价方法 已发布 6 GB/T 29 411-2012 水电解氢氧发生器技术要求已发布 7 GB/T 29 412-2012 变压吸附提纯氢用吸附器 已发布 8 GB/T 29 729-2013 氢系统安全的基本要求 已发布 9 GB/T 30 718-2014 压缩氢气车辆加注连接装置 已发布 10 GB/T 30 719-2014 液氢车辆燃料加注系统接口 已发布 11 GB/T 31138-2014 汽车用压缩氢气加气机 已发布 12 GB/T 31139-2014 移动式加氢设施安全技术规 范 已发布 13 GB 32311-20水电解制氢系统能效限定值 及能效等级 已发布 15 14 GB/T 33291-2016 氢化物可逆吸放氢压力-组成等温线（P-C-T ）测试方法 已发布 15 GB/T 33292-2016 燃料电池备用电源用金属氢 化物储氢系统 已发布 16 T/CECA-G 0015-201质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气 团体标准 燃料电池工作原理 电动汽车时代??发表于2014-11-27 06:52 责编:王艳 ?分享到： 燃料电池工作原理 虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但在燃料电池却不是利用燃烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的，这一过程最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以……电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。 燃料电池堆栈外部细节及主要参数燃料电池堆栈外部细节及主要参数因为氢分子体积小，可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在穿越孔洞的过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子、将氧气拆分成氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间形成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反应的废物。所以本质来讲，整个运行过程就是发电过程。因此Mirai是纯电动车，燃料电池堆栈代替的就是厚重且充电效率低下的锂离子电池组。 丰田2008年燃料电池 丰田Mirai的燃料电池创新 丰田Mirai搭载的燃料电池堆栈是由370片薄片燃料电池组成的，因此被称为“堆栈”，一共可以输出114千瓦的发电功率。此前我们也分析了大众集团的燃料电池技术，结构基本类似。丰田的燃料电池堆栈经历了十几年的技术优化，形成了自己的特色结构，比如3D 立体微流道技术，通过更好地排出副产物水，让更多空气流入，有效改善了发电效率。所以整个堆栈的发电效率达到了世界先进水平，达到了3.1千瓦/升，比2008年丰田的技术整整提升了2.2倍。 Mirai燃料电池堆栈技术迭代 由于燃料电池堆栈中每片电池发电的电压大约在0.6V-0.8V之间，整体也不会超过300V电压，所以为了更好驱动电动机，还需要安装一个升压器，将电压提升到650V。 燃料电池迭代 700个大气压下储存氢气 了解氢气物理特性的人都清楚，氢气跟汽油不同，常温下氢气是气体，密度非常低并且非常难液化，常温下更是无法液化，所以氢气要安全储藏和运输并不容易。所以氢气无法像汽油那样直接注入普通油箱里。丰田设计了一大一小两个储氢罐，通过高压的方式尽可能多充入一些氢气。以目前的主流储存技术，丰田选用了700Mpa也就是700个大气压的高压储气罐，类似我们常见的“煤气罐”，只不过罐体更厚重。两个储氢罐一共的容量是122.4升，采用700个大气压储存，也只能容纳约5公斤的氢气。所以实际上燃料的重量并不大，反而储氢罐特别笨重。 氢气储存性能 为了在承受700个大气压的前提下仍旧保持行驶安全性，我们可都不希望坐在两个炸弹上面开车吧？所以储氢罐被设计成四层结构，铝合金的罐体内部衬有塑料内胆，外面包裹一层碳纤维强化塑料的保护层，保护层外侧再增加一层玻璃纤维材料的减震保护层，并 基于Simulink的PEM燃料电池模拟器 摘要：基于一种面向控制的质子交换膜燃料电池的模型，本文中设计并实现了一种新型的燃料电池模拟器软件，利用Matlab/Simulink工具箱以及Matlab的界面编程能力，将燃料电池系统模块化，在GUI界面上，用户可以根据需要组合各个子系统构建燃料电池系统，并能向模块库中添加用户的模块。 关键字：燃料电池，模拟器，Matlab/Simulink Abstract:Based on a PEM fuel cell model,which is control oriented,This paper realized a tool named FUEL CELL Simulator,with the help of Matlab/Simulink toolboxes and Matlab GUI programming capability.This tool modularized fuel cells and established a subsystem library,thus enable users to group necessary modules to build up specific fuel cell system and also enable users to add modules into library. Keywords:Fuel cell,Simulator,Matlab/Simulink 1引言 质子交换膜燃料电池已经大规模的应用在汽车，航天等等领域，因此对其建模，并根据模型性能评估，控制系统设计就显得尤为重要。国际上已有ADVISOR[1]，特定于燃料电池在汽车上模拟。学术界已经提出各种各样的模型，而此类模型大多只模拟燃料电池的部分特性。为了能在工程上使用燃料电池的模型来达到设计控制器以及评估燃料电池，需要一种面向控制的燃料电池模型，Jay T.pukruspan在[2]中提出一种面向控制的燃料电池模型，全面地描述了燃料电池的特性。本文集于此模型，更深入的将燃料电池的各个部分模块化，再基于Matlab/Simulink和Matlab本身强大的界面编程能力，设计出了一套燃料电池模拟器，用户可以在GUI界面中进行燃料电池系统组合，模拟，辨识以及设计控制器。 2质子交换膜燃料电池的结构及其面向控制的模型 图1：燃料电池系统的结构图 2.1燃料电池的结构 燃料电池系统主要包括燃料电池反应堆，压缩机，流量控制器，加热器，散热器，加湿器等，各种不同的燃料电池系统的组成有所区别，图1的结构是复杂系统实验室的燃料电池系统的结构图。将燃料电池系统的各个部件模块化，用户就可以选择所需要的部件，组成合 燃料电池的类型，结构和工作原理 美国矿物能源部长助理克?西格尔说：燃料电池技术在21世纪上半叶在技术上的冲击影响，会类似于20世纪上半叶内燃机所起的作用。”福特汽车公司主管PNGV经理鲍伯. 默尔称，燃料电池必会给汽车动力带来一场革命，燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力装置。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视。 燃料电池（FuelCell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能储电”而是一个发电厂” 1 .磷酸燃料电池（PAFC ） 磷酸燃料电池是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。正如其名字所示，这种电池 使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换 膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高，位于150 - 200 C左右，但仍需电极上的白金 催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。 较高的工作温度也使其对杂质的耐受性较强，当其反应物中含有1-2%的一氧化碳和百万 分之几的硫时，磷酸燃料电池照样可以工作。 磷酸燃料电池的效率比其它燃料电池低，约为40%，其加热的时间也比质子交换膜燃料电 池长。虽然磷酸燃料电池具有上述缺点，它们也拥有许多优点，例如构造简单，稳定，电解质挥发度低等。磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力，而且有许多这样的系统正在运行，不过这种电池是乎将来也不会用于私人车辆。 2.溶化的碳酸盐燃料电池（MCFC） 溶化的碳酸盐燃料电池与上述讨论的燃料电池差异较大，这种电池不是使用溶化的锂钾碳酸盐就是使用锂钠碳酸盐作为电解质。当温度加热到650 C时，这种盐就会溶化，产 生碳酸根离子，从阴极流向阳极，与氢结合生成水，二氧化碳和电子。电子然后通过外部回路返回到阴极，在这过程中发电。 阳极反应：CO32- + H2 T H2O + CO2 + 2e 阴极反应：CO2 + 1/2 02 + 2e- 宀CO32 - 这种电池工作的高温能在内部重整诸如天然气和石油的碳氢化合物，在燃料电池结构 内生成氢。在这样高的温度下，尽管硫仍然是一个问题，而一氧化碳污染却不是问题 了，且白金催化剂可用廉价的一类镍金属代替，其产生的多余热量还可被联合热电厂 利用。这种燃料电池的效率最高可达60%。如果其浪费的热量能够加以利用，其潜在 的效率可高达80%。 燃料电池工作原理 电动汽车时代发表于2014-11-2706:52责编:王艳 分享到： 燃料电池工作原理 虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但在燃料电池却不是利用燃烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的，这一过程最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以……电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。 燃料电池堆栈外部细节及主要参数燃料电池堆栈外部细节及主要参数因为氢分子体积小，可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在穿越孔洞的过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子、将氧气拆分成氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间形成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反应的废物。所以本质来讲，整个运行过程就是发电过程。因此Mirai是纯电动车，燃料电池堆栈代替的就是厚重且充电效率低下的锂离子电池组。 丰田2008年燃料电池 丰田Mirai的燃料电池创新 丰田Mirai搭载的燃料电池堆栈是由370片薄片燃料电池组成的，因此被称为“堆栈”，一共可以输出114千瓦的发电功率。此前我们也分析了大众集团的燃料电池技术，结构基本类似。丰田的燃料电池堆栈经历了十几年的技术优化，形成了自己的特色结构，比如3D 立体微流道技术，通过更好地排出副产物水，让更多空气流入，有效改善了发电效率。所以整个堆栈的发电效率达到了世界先进水平，达到了3.1千瓦/升，比2008年丰田的技术整整提升了2.2倍。 商品化有賴開放架構與元件標準化 新技術成功邁向商品化的過程中，開放式架構與元件標準化往往扮演關鍵角色，如同過去個人電腦系統（Personal Computer）的發展過程，當開放式架構的想法一被提出，標準元件的規格被定義後，任何廠商只要遵循標準規格，例如標準功能、標準通訊架構（Communication Protocol）及標準的外型及介面（Form Factor & Interface），即可開發出個人電腦系統所需元件，如微處理器（CPU）、記憶體（Memory）、硬碟（Hard Disk）及視訊卡等等。不僅如此，由於開放式架構展開了組成系統的系統架構，任何廠商依此標準架構即可開發出自己的個人電腦系統。 開放式架構與元件標準化可以讓各家廠商發揮各自的長才，將每個元件做到最好，更可以發揮量產優勢，將製造成本降低，使得商業化的速度加快。同樣的道理亦可應用在燃料電池系統上，使得下一代新的能源技術能更趨於成熟，早一步造福一般使用者。 燃料電池的開放式架構 燃料電池的開放式架構與標準化的可貴之處，在於展開了組成燃料電池的系統架構（如圖5-1所示），依循此標準架構，每家廠商可開發屬於自己的燃料電池。 圖5-1燃料電池（DMFC）系統架構方塊圖（勝光科技提供） 根據此開放式架構，可進一步定義出此架構所需的標準化元件，燃料電池系統以直接甲醇燃料電池（DMFC；Direct Methanol Fuel Cell）為例，主要分成四大部分如下： ■第一部分－發電本體（Main Body） 發電本體主要由燃料電池的發電模組（SoC Module）所組成，SoC Module乃是利用近似PCB（印刷電路板）的製程技術來實現燃料電池的量產化，將燃料電池發電材料：膜電極組（MEA，Membrane Electrode Assembly）封裝在SoC Module之內，並將電氣特性及機構的標準介面定義出來，使燃料電池最重要的發電本體能進入標準化。由於印刷電路板本來就是電路設計的基礎，所以在製作發電模組時即可將控制電路內建在電路板上，不止如此，亦可將主被動元件（如感測器、IC、電阻、電容及電晶體等等元件）直接焊在電路板上，更可建置標準的介面，如金手指或各式連接器（Connector），如此一來，當完成發電模組的生產時，即已經將控制系統內建於模組之中，這即是所謂的SoC（System on Cell）的觀念，如此的設計即可讓發電模組形成一可被監控的發電單元。 每個發電模組代表發電的標準單位，皆有其標準規格，如下圖5-1及表5-1之範例所示： 圖5-2 3W Module（勝光科技提供） 輸出功率3W±10% 輸出電壓 1.8V 通訊介面SMBus 反應區域面積35mm * 35mm 尺寸144mm（L） * 50mm（W） * 6.8mm（H） 陽極反應物10v% 甲醇水溶液 陰極反應物空氣 表5-1 3W標準規格（勝光科技提供）固体燃料电池
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