燃料电池汽车与空调系统设计方案研究

　　摘要

:通过对燃料电池和燃料电池汽车的基本原理介绍,分析了目前燃料电池汽车上的三

种型式空调的原理和特点

,对燃料电池汽车的空调系统进行设计时可根据目前的产品能力和

所要达到的目标选择不同的类型

,但我们设计空调系统应该朝着环保节能的方向努力。

　　关键词

:燃料电池汽车工作原理空调系统 

　　

 

　　

1 引言 

　　能源危机和环境污染严重已经成为全球发展所面临的共同难题

,目前全球都在倡导和实

行节能减排计划

,汽车的排放问题日益严重,为鼓励新能源汽车发展,我国加大了政策支持力

度

,出台了准入规则和财政补贴政策等政策。燃料电池汽车使用的是氢气,不需要使用汽油,可

以节约能源

,也是替代能源的一种方向,同时排放的零污染的水。汽车的使用不仅需要环保,也

需要满足舒适性的要求

,空调系统起着重要的作用。 

　　

2 燃料电池汽车的工作原理 

　　燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。燃料电池的效
率高达

50%一 60%。作为动力源,实际能源利用效率是普通内燃机的 2-3 倍。燃料电池的基本

结构主要由阳极、阴极、电解质和外电路组成。其阳极为氢电极

,阴极为氧电极,两电极间是电

解质。通常阳极和阴极上都含有一定量的催化剂

,以加速电极上发生的电化学反应。 

　　质子交换膜燃料电池

(PEMFC)是一种新型燃料电池,其电解质是一种固体有机膜,在增湿

情况下

,膜可传导质子。它一般采用铂做催化剂,工作环境温度一般为 60 一 80

℃,属低温燃料

电池。

 

　　质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极、密封圈和带有导气通道的流场板组成。质子交
换膜燃料电池以氢为燃料

,空气或纯氧为氧化剂。多个电池单体根据需要串联或并联,组成不

同功率的电池组

(电堆)。 

　　

(l)氢气通过双极板上的导气通道到达电池的阳极,通过电极上的扩散层到达质子交换膜。

 
　　

(2)氢气在阳极催化剂的作用下解离为 2 个氢离子,即质子,并释放出 2 个电子。 

　　

H2→2H++2e 

　　

(3)在电池的另一端,氧气或空气通过双极板上的导气通道到达电池的阴极 ,通过电极上

的扩散层到达质子交换膜。同时

,氢离子穿过电解质到达阴极,电子通过外电路也到达阴极。 

　　

(4)在阴极催化剂的作用下,氧与氢离子和电子发生反应生成水。 

　　

1/2O2+2H++2e→H2O 

　　

(5)总的化学反应为:H2+1/2O2=H2O 

　　与此同时

,电子在外电路的连接下形成电流,通过适当连接可以向负载输出电能。生成的

水通过电极随反应尾气排出。

 

　　燃料电池的特点

: 

　　

(1)能量转化效率高。效率高达 50%-60%,通过对余热的二次利用,总效率可高达 80%-

85%。 
　　

(2)无污染,可实现零排放。工作过程的唯一产物是水。 

　　

(3)效率随输出变化的特性好。部分功率下运行效率可达 60%,短时过载能力可达到 200%

的额定功率。

 

　　

(4)运行噪声低,可靠性高。无机械运动部件,工作时仅有气体和水的流动。 

　　

(5)构造简单,便于维护保养。模块化结构,组装和维护方便;没有运动部件,磨损之类故障

少。