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燃料电池汽车车载氢系统:结构解析与关键技术探讨

来源:德克西尔 时间:2024-04-14 12:34:31
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        燃料电池汽车车载氢系统是这类新能源汽车的核心组件之一,它负责氢气的安全储存、高效输送及精确控制,以确保燃料电池堆能够持续稳定地获取氢燃料并转化为电能。以下是对其结构的详细分析:

氢燃料电池汽车氢系统

        1. 氢气储存系统

        高压储氢罐:车载氢系统通常采用高压储氢罐来储存氢气。这些储罐由高强度复合材料(如碳纤维增强塑料)制成,能够在较高的压力(通常为350 bar或700 bar)下存储氢气,以实现较高的体积能量密度。储罐内部设有压力传感器、温度传感器和安全释放装置(如爆破片),以监控储罐状态并防止过压情况下的危险事故。

        氢气储存技术:储氢方式主要有两种:

        •压缩氢气储存:通过高压压缩技术将氢气压缩到储罐内。这种方法技术成熟,应用广泛,但对储罐材料强度和绝热性能要求较高。

        •液态氢气储存:通过深冷技术将氢气冷却至-253°C使之液化,液氢具有更高的能量密度,但液化过程能耗大,且需要高效的绝热系统维持低温状态,适用于长途运输和某些特定应用场合。

        2. 氢气供给系统

        氢气减压装置:从高压储氢罐出来的氢气需经过压力调节阀或减压器,将其压力降至燃料电池堆所需的运行压力。

        氢气净化与干燥:为了保护燃料电池堆不受杂质和湿气影响,氢气供应管道中常设置净化装置(如过滤器)去除颗粒物和有害气体,以及干燥器去除水分。

        氢气流量控制系统:包括氢气流量计和控制阀,精确控制进入燃料电池堆的氢气流量,以适应负载变化和优化电堆性能。

        3. 泄漏检测与安全防护

        泄漏检测系统:通过传感器监测氢气储存和输送环节的微小泄漏,使用的方法包括氢气浓度传感器、超声波检测、负压检漏等。

        被动安全设计:储氢罐和管路采用阻燃材料,设计有紧急切断阀和防爆泄压装置,在发生事故时能迅速切断氢气供应或释放过压。

        主动安全措施:配备火灾探测与灭火系统,以及氢气泄漏报警系统,一旦检测到异常情况能立即启动防护措施。

        4. 集成与封装

        系统集成:车载氢系统需与燃料电池堆、电控系统、空气供给系统等其他组件紧密集成。这包括合理布局各部件、优化管路走向以减少压降与泄漏风险,以及确保所有电气连接与通信接口的可靠。

        防护封装:为应对车辆行驶中的振动、冲击及环境条件变化,车载氢系统需进行加固封装,确保储氢罐及其附件在各种工况下的结构完整性与功能稳定性。

        5. 法规符合性与认证

        车载氢系统的设计、制造与安装需严格遵循国家及行业标准,如ISO 17268系列标准、ECE R134等,确保产品的安全性、可靠性和耐用性。系统及关键部件需通过相关认证,如联合国《关于危险货物运输的建议书》(TDG)规定的型式试验、欧盟EC79/2009认证等。

        综上所述,燃料电池汽车车载氢系统结构复杂且技术要求高,涵盖了从氢气储存、供给、净化、监控到安全防护的各个环节,旨在实现氢气的安全、高效利用,为燃料电池堆提供稳定可靠的氢源。同时,系统设计与制造过程中须严格遵守相关法规与标准,确保车辆在全生命周期内的安全运行。


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