用氢气作为燃料的氢燃料电动汽车是如何运转的?

让我们来看一下氢燃料电动汽车的动力制造过程

 

氢燃料电动汽车是无内燃发动机车辆，由燃料电池堆、驱动电机、储氢装置等组成。通过氢气和氧气的化学反应来产生电能，驱动电机产生驱动动力。过程看似简单的，但实现并非易事。让我们通过各构成部件的作用来了解一下氢燃料电动汽车将氢气转换为动力的过程。

 

氢燃料电动汽车的燃料——氢气

 

 

氢气的沸点为-252.87℃，常温下呈气体状，且密度较小，需要很大的储存空间，这导致氢作为燃料的效用性不高。为了在同一空间内保存更多的氢气，氢燃料电动汽车使用700bar(约690大气压)的压缩氢气作为燃料。

 

氢燃料电动汽车上储存高压氢气的部件是储氢罐。氢燃料电动汽车储氢罐的外胆由可以承受700bar高压的碳纤维强化复合材料制成，而内胆中插入了耐久和复原弹性超强的聚酰亚胺(尼龙材料)气囊。在储氢罐中储存的氢气经过2级减压装置后传送到燃料电池堆中。为了有效地把氢气作为燃料，从氢气的储存系统到供给系统，结合了各种各样的先进技术。

 

从大气中获得氧气的氢燃料电动汽车

 

 

氢燃料电动汽车通过氢气和氧气的化学反应产生电能，其中氧气通过空气供给系统从大气中获得。空气供给装置对进入的空气经过多个步骤的净化：首先通过空气过滤器过滤灰尘和化学物质，然后用膜加湿器对干燥的空气进行加湿，最后通过气体扩散层供给氧气到燃料电池电极膜。

 

为提高燃料电池堆的耐久性，空气供给系统向燃料电池堆供给氧气的过程需要经过这些步骤。如果把空气不经过滤地供给到燃料电池堆，空气中所含的各种杂质会损坏燃料电池堆。氢燃料电动汽车所排放到大气中的气体就是这些净化过的，滤掉杂质的气体。这也是为什么氢燃料电动汽车会被称为“移动空气净化器”。

 

从氢气和氧气中获得电能的燃料电池堆

 

 

燃料电池堆是氢燃料电动汽车的核心。从空气供给系统获得的氧气和储氢罐提供的氢气在这里进行化学反应生产电能。现代汽车NEXO车型的燃料电池堆由440个单格电池组成，一个单格电池由氢气和氧气相遇发生化学反应而生产电能的电极膜、将氢气和氧气传送到电极膜表面的气体扩散层、以及起着电极膜和氢气、氧气通道的金属分离板三部分组成。

 

电能转换为动能的驱动电机

 

 

由燃料电池堆生产的电能通过驱动电机转换成动力。在氢燃料电动汽车上安装的驱动电机和电气、电子部件与普通电动汽车的结构相似。驱动电机系统由电机、集成电能控制装置和减速器构成。

 

电机利用电能产生车辆行驶所需的驱动力，集成电能控制装置负责电能供给和管理，减速器调整驱动电机转数。

 

氢燃料电动汽车与其它电动汽车一样，配有将车辆动能转换为车用电能的再生制动系统。车辆减速时，通过再生制动系统把车辆动能转换成电能，并储存在高电压蓄电池内，用于驱动电机的运转，大力改善能量效率。

 

行驶时，排放纯净水的氢燃料电动汽车

 

 

氢燃料电动汽车和电动汽车均是利用电能驱动行驶的，没有废气排放的环保汽车。这两种车辆的最大的区别在于，氢燃料电动汽车直接在车辆内生产动力电能，而电动汽车通过外部供给电能，因此彼此的排放物不同。在车辆行驶中，电动汽车没有排放物，但氢燃料电动汽车会通过排气管排出纯净水。

 

生产氢气的方法有很多种，但未来社会将主要通过新的再生能源发电，并利用此电能对水进行电离反应获取氢气，将从水中获取的氢气用作汽车的驱动能源，然后将还原的纯净水还给大自然。

 

因氢气是无限可持续性的产品，其生产过程也非常环保，因此氢燃料电池在所有产业中均可利用，是非常具有潜力的能源技术，不仅在汽车上，在飞机、船舶、无人机等移动装置、家用冷暖气系统等所有使用电能的领域都可以加以利用。