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学习情境七燃料电池发电系统讲课教师：胡望琴

科技创新是推动社会进步的重要力量，燃料电池技术的发展不仅关乎环境保护，更是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的重要支撑。作为新时代的青年，我们应当积极关注并参与到这一绿色革命中来，为构建人类命运共同体贡献自己的力量。思政元素

燃料电池发电系统是指一个或多个燃料电池堆和其他主要及适当的附加部件的集成体，用于组装到一个发电装置或一个交通工具中。燃料电池发电系统常简称为燃料电池系统。燃料电池发电系统

燃料电池发电系统的组成典型的燃料电池发电系统主要由燃料电池堆、DC/DC变换器、空压机、加湿器、水泵、散热器、氢气循环泵、储氢罐等组成。

燃料电池发电系统的组成燃料电池堆燃料电池堆是燃料电池发电系统的核心和主体，也是燃料电池的关键技术，如图所示。1

燃料电池发电系统的组成DC/DC变换器DC/DC变换器如图所示，用于将燃料电池输出的低压直流电升压为高压直流输出，为燃料电池电动汽车提供电能，同时为动力蓄电池充电。DC/DC变换器通过对燃料电池系统输出功率的精确控制，实现整车动力系统之间的功率分配以及优化控制。2

燃料电池发电系统的组成空压机在燃料电池中，氢和氧发生电化学反应产生电流，其中的氧可以使用纯氧或从空气中直接获得，但是用空气更方便、经济。给氧气增加压力，目的是为了增加燃料电池反应的效率和速度，燃料电池两侧的压力越大越好，这样效率更高，单位时间内产生的电流也更大，质子交换膜电池系统的典型工作压力在1~3MPa。3

燃料电池发电系统的组成加湿器质子交换膜在工作温度较高时，水分的减少造成膜的质子电导率降低，从而引起质子交换膜的电阻增加，电池性能降低。加湿器一是可以给气体加湿，另外可以控制温度。4

燃料电池发电系统的组成水泵水泵能够给系统冷却液做功，使冷却液循环。一旦电池堆温度升高超过设限，水泵就加大冷却液的流速来给电池堆降温。为了保证电池堆产生的热量能够快速、有效的散发，要求水泵具有大流量、高扬程、绝缘及更高的电磁兼容能力。此外，水泵还需要实时反馈当前的运行状态或故障状态。5

燃料电池发电系统的组成散热器散热器的作用是散热，它将冷却液的热量传递给环境，降低冷却液的温度。散热器本体需求的散热量大，清洁度要求高，离子释放率低，散热器的风扇要求风量大、噪声低、无级调速并需要反馈相应的运行状态。6

燃料电池发电系统的组成氢气循环泵目前国内燃料电池发动机系统，氢侧多采用脉冲排氢，将阳极侧的水带出电池堆，防止氢侧水淹。另一种方法，则为使用氢气循环泵，可连续几个小时排一次氢，极大增加燃料利用率。在氢气侧作为循环利用的零部件，有几个好处，一是给氢气侧带来水，还有一个能够提供流畅的速度。另外也可以防止水淹。流速快可以增加整个反应的速度，另外也容易带走积水。7

燃料电池发电系统的组成储氢罐国内储氢罐使用的是铝合金的内胆外面缠绕碳纤维，国外大部分是用塑料内胆。储氢罐压力国内目前主要采用的是35MPa，原因主要是受限于金属内胆本身特性，以及碳纤维缠绕成本比较高，而国外主流是70MPa。8