汽車發(fā)動機概論-論文-新能源汽車

同濟大學《汽車發(fā)動機概論》論文同濟大學《汽車發(fā)動機概論》論文燃料電池電動汽車FCEV姓名：XX學號：XXXXXX專業(yè)：機械設計制造及其自動化指導教師：胡宗杰時間：2010年6月14日目錄1FCEV的結構與工作原理31.1FCEV動力系統(tǒng)的基本結構31.2燃料電池的工作原理32FCEV整車集成的關鍵技術42.1整車集成布置42.2燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)42.2.1燃料電池堆溫度控制系統(tǒng)42.2.2燃料供給52.3再生制動53FCEV的燃料(Fuel)63.1地面固定的制氫系統(tǒng)63.1.1壓縮氫氣63.1.2液化氫氣73.1.3儲氫合金儲存的氫氣73.1.4氫氣燃料的特點73.1.4.1優(yōu)點73.1.4.2缺點83.2車載移動的制氫系統(tǒng)83.2.1甲醇CH3OH3.2.1.1甲醇的性能83.2.1.2用甲醇制氫的方法83.2.1.3甲醇燃料的優(yōu)點83.2.1.4甲醇燃料的缺點93.2.2汽油93.2.2.1優(yōu)點93.2.2.2缺點93.3其他種類的燃料94各國燃料電池汽車開發(fā)概況94.1美國104.2日本104.3加拿大104.4中國115燃料電池汽車離商品化還有多遠126燃料電池汽車前景展望131FCEV的結構與工作原理1.1FCEV動力系統(tǒng)的基本結構FCEV的外形和內部空間等與普通汽車幾乎沒有差別，兩者不同之處主要在于動力系統(tǒng)。FCEV動力系統(tǒng)的基本結構，如圖1所示。燃料電池組發(fā)出的電力經DC/AC逆變器后進入電動機，驅動汽車行駛或經DC/DC轉換器向蓄電池充電，當汽車行駛需要的動力超過燃料電池的發(fā)電能力時，蓄電池也參加工作，其電流經DC/DC轉換器進入電動機，驅動汽車行駛。1.2燃料電池的工作原理燃料電池是一種電化學裝置，是由正負2個電極以及電解質組成，其工作原理，如圖2所示。在陽極上提供H2，在陰極上提供O2，氫在陽極催化劑的作用下，分解成氫離子和電子。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向陰極，用電負荷接在外部電路中。在陰極上，O2在催化劑的作用下同電解液中的氫離子吸收抵達陰極上的電子形成水。由于電解質中離子的運動，電極上有電荷的積累，外電路接通后有直流電通過，并可以持續(xù)。電解質具有選擇通過性，只允許負極產生的質子通過，到達正極，但不允許氣體和電子通過。原則上只要反應物不斷輸入，反應產物不斷排出，燃料電池就能連續(xù)發(fā)電。

陽極：陰極：O總的化學反應式：22FCEV整車集成的關鍵技術FCEV是集汽車、電力拖動、自動控制、化學電源、計算機、新能源及新材料等諸多技術的復雜系統(tǒng)，對應整車系統(tǒng)的開發(fā)，包括的內容十分廣泛，如：整車集成布置、車輛安全管理、能量管理策略的設計與優(yōu)化、燃料供給、電堆溫度管理及制動回饋等。2.1整車集成布置燃料電池汽車的整車布置除去與傳統(tǒng)汽車相同部分，還包括燃料電池堆與電機的布置，氫氣罐的安全布置以及高壓電安全隔離。這些核心部件的布置，不僅要考慮布置方案的優(yōu)化及零部件性能實現的便利，還必須考慮氫泄漏等傳統(tǒng)汽車所不具備的安全性問題。目前經過國內外樣車試制，電池堆與電機主要采取前置方式；氫氣罐布置更多考慮汽車碰撞安全性和車輛外形結構緊湊，多采用后置。2.2燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)一個燃料電池系統(tǒng)由燃料電池堆、熱交換器及空氣壓縮機等子系統(tǒng)組成，如圖3所示。對燃料電池的基本要求是：1）高的比能量和比功率；2）安全性好且成本低；3）對環(huán)境無危害，可回收性好。2.2.1燃料電池堆溫度控制系統(tǒng)燃料電池堆溫度對燃料電池性能、壽命和運行安全有較大影響。溫度高將使質子交換膜脫水，不滿足膜的濕潤條件，其電導率下降，電池性能變差。特別是溫度過高或超溫運行，膜會出現微孔，使得氫氣進入空氣系統(tǒng)，危及運行安全；溫度過低則會降低催化劑活性，影響化學反應過程。溫度控制系統(tǒng)是由溫度傳感器、散熱風扇、水箱、電熱絲和循環(huán)水泵等組成，如圖4所示。溫度控制問題可以分為2種情況：1）在高溫情況下，電堆溫度不能自然下降，此時，可以借助冷卻風扇和循環(huán)水泵帶走電堆的熱量，從而降低電堆溫度。由于電堆內部溫度難以直接測量，所以實踐中往往利用循環(huán)水的溫度間接反映電堆內部的溫度。調節(jié)風扇轉速可以使冷卻循環(huán)水的溫度控制在合適范圍。循環(huán)水從電堆中經過，通過傳導帶走電堆的熱量，流經散熱片，并通過外面的冷卻風扇來降溫。2）在低溫情況下，雖然電堆持續(xù)發(fā)電會產生熱量，但是在室溫較低或者燃料電池輕載的情況下，在短時間內很難使溫度達到合適范圍，這時可采用電熱絲對循環(huán)水進行加熱，電熱絲的加熱方式采用分擋控制方式，電熱絲由幾條并聯(lián)的電熱絲組成，分別對應不同的擋位。在不同情況下，通過控制每個電熱絲的閉合和斷開來實現。加熱過的循環(huán)水通過循環(huán)水泵帶入電堆，從而實現給電堆加熱。2.2.2一般燃料電池汽車燃料為空氣和氫氣，空氣可自由獲得，經由空氣濾清器的過濾，被高速風機壓縮，再經過空氣流量計的測量后到達空氣的電堆入口處。目前常用的制氫方法是電解水、裂解石油、煤和天然氣制氫，制取的過程會消耗大量的能源。目前多采用液態(tài)儲氫，氫氣供給系統(tǒng)，如圖5所示。氫瓶采用35MPa的儲氫壓力，在氫瓶頂端裝有一體式組合瓶閥。瓶閥中包括高壓電磁閥、手動截止閥、安全閥、瓶內溫度傳感器和壓力傳感器等部件。加注口按35MPa壓力標準選取，加注口內部具有顆粒過濾功能，可以對加注氣體進行過濾，具有單向截止等功能。為了確保氫氣通過加注口進入儲氣罐，在加注管道中增加一個單向閥。為了確保系統(tǒng)安全，在供氫管路中安裝具有流量限制功能的溢流閥。高壓氣體通過減壓后向燃料電池發(fā)動機提供穩(wěn)定的氫氣供應。2.3再生制動再生制動，即在車輛減速或制動過程中，通過帶動電機發(fā)電的方式，將車輛的動能轉化為電能存儲在輔助蓄電池中，實現能量回收，同時產生車輛所需的部分制動力。再生制動策略對燃料電池汽車的燃料經濟性和行駛安全性有著直接的影響，是燃料電池汽車的關鍵技術之一。制動減速過程中，制動力既要滿足較大制動強度的要求，又要受到電機運行速度和電池荷電狀態(tài)等方面的影響，單一的再生制動可能導致電機制動力不足，為保證制動效能的穩(wěn)定性，目前較多是采用由摩擦制動和再生制動組成的復合制動系統(tǒng)。3FCEV的燃料(Fuel)氫氣H2是FCEV的惟一燃料，FCEV采用的氫氣一種是來自地面固定的制氫系統(tǒng)，另一種是來自車載移動的制氫系統(tǒng)，當前主要采用地面固定的制氫系統(tǒng)生產的氫氣作為FCEV的燃N-。3.1地面固定的制氫系統(tǒng)工廠化氫氣的制備方法有：④用裂解法從天然氣或石油氣中制取氫；②用水煤氣法從焦碳或白煤中制取氫；⑧用“改質法”從醇類或烴類中制取氫；④用電解法或太陽能從水中制取氫；⑤從含氫的工業(yè)尾氣中提取氫；⑥生物制氫等。直接使用氫燃料可以使FCEV的輔助系統(tǒng)大大簡化，效率提高。燃料電池所使用的氣態(tài)或液態(tài)氫是一種無氣味的透明氣體，泄漏到大氣中后，一般不容易發(fā)覺，氣態(tài)或液態(tài)氫的生產、儲存、保管、充加、攜帶和運輸的各個環(huán)節(jié)中可能存在氫氣的泄漏。在試驗中表明，在一定的條件下，空氣中氫氣達到一定濃度時，其危險性超過了汽油。如果處理不慎，就會存在火災和爆炸的隱患。商品化的氫氣對各個環(huán)節(jié)安全性能的要求更加嚴格。氫氣供應是一個嚴格的系統(tǒng)-1-_程，在整個氫氣供應系統(tǒng)中，都應該采取有效的安全防范措施和救援設施。毛EFCEV上采用的氫氣有：①壓縮氫氣；②液化氫氣；③儲氫合金儲存的氫氣等。3.1.1壓縮氫氣FCEV采用的壓縮氫氣用纖維增強的高壓密封容器儲存，以保證氫氣儲存的安全性。我國用普通鋼材制造的罐體氫氣壓力約為15MPa，氫氣的質量僅占儲存容器總質量的1％；在國外用特制高強度奧氏體鋼材制造的罐體，氫氣壓力n-1,12鱉25-35MPa，氫氣的質量占總質量的2％～6％。目前大多數FCEV采用了壓縮氫氣。壓縮氫氣的容器，要求強度高，結構復雜、體積大、質量重，安全性差，罐裝時能耗大。轎車一般將壓縮氫氣儲存罐(圖6)裝在底盤后部，客車一般將壓縮氫氣儲存罐裝在車身的頂部。不同壓力的氫氣對儲存罐的容積有不同的要求。例如：排量為3L，質量為1500kg的FCEV行駛560km需要6．8kg的氫氣。如果壓縮氫氣的壓縮壓力為25MPa，則需要氫氣罐的容積為340L，如果壓縮氫氣的壓縮壓力為52MPa，則需要氫氣罐的容積為160L，但同類型的內燃機汽車的汽油箱的容積僅僅70L。氫氣的灌裝需要復雜的灌裝設備，灌裝時間也很長，還需要消耗一定的能量。在同類型的內燃機汽車灌裝一箱汽油時，不需要特殊設備，只需要幾分鐘。3.1.2液化氫氣液化氫氣具有最高儲存密度，但需要采用高壓一超低溫技術來保持氫氣呈液態(tài)。液態(tài)氫氣的溫度保持在一253oC的低溫時，可以在1mL的容積內儲存800mL氫氣。液態(tài)氫儲存在特制的用碳纖維增強、雙層金屬或塑料內襯、耐爆破壓力達到94．8MPa的圓柱形的儲氫罐中(圖7)，在罐壁之間要抽成真空，以減少熱傳導，如果出現細微熱量的熱傳導，也會使液態(tài)氫蒸發(fā)而造成能量損失。高壓儲氫罐的結構復雜，管理和維護比較困難。3.1.3儲氫合金儲存的氫氣氫吸附合金有：FeTiH2、MgH2、LaNi5H6、NaBH。、活性炭、碳納米管等材料。一般吸附合金可能的儲藏氫的量為1000-1100mL。日本所開發(fā)的鈦基吸附合金氫的儲藏量達到1600mL。在冷卻狀態(tài)和10MPa的壓力下壓人氫氣，在使用時加熱將氫釋放出來。美國ECD(EnergyConversionDevices)公司所開發(fā)的鎂基吸附合金，氫的儲藏量可達到3500mL。戴一克汽車公司采用世紀電池公司MillenniumCell開發(fā)的NaBH4氫吸附合金安全可靠，一次充氫后續(xù)駛里程達至U483km。碳納米管吸附材料有較大的吸附能力，還有待進一步開發(fā)。吸附合金的儲氫裝置如圖8所示。3.1.4氫氣燃料的特點3.1.4氫氣是燃料電池最理想的燃料，純度高，在FCEV上可以直接使用，用氫氣為燃料的燃料電池系統(tǒng)設備較簡單，起動快、性能穩(wěn)定，對負荷變化的響應快，排放為零污染，相對成本較低。隨著氫氣儲存裝置的改進，氫氣儲存裝置在FCEV上的布置問題將進一步得到解決。按轎車或客車車型的不同，用高壓氣態(tài)氫氣，一般一次充氫的行駛里程200～250km。用液態(tài)氫一次充氫的行駛里程可達400-500km。．IN儲氫合金一次充氫的行駛里程可達400km左右。3.1.4工廠化地面固定的制氫系統(tǒng)是一個龐大、復雜的系統(tǒng)工程，需要建立大規(guī)模的氫氣制造廠、灌裝廠、運輸系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)和添加網絡，以及系統(tǒng)的安全防護體系等，建立起來需要大量的投資和較長的時間。3.2車載移動的制氫系統(tǒng)在FCEV研究和開發(fā)過程中，車載移動的制氫系統(tǒng)是用醇類或烴類經過改質來取氫氣。最常采用的是甲醇和汽油。3.2.1甲醇C用天然氣為原料生產的甲醇，具有單一的成分和高純度，可以在較低的溫度條件下改質為氫氣，使改質工藝和設備簡化。甲醇的儲存、保管、添加、攜帶和運輸都比氫氣方便，采取有效的防腐措施，提高各種管道閥門和泵的防腐蝕能力后，甲醇可以利用現成的汽油儲運系統(tǒng)。3.2.1.1甲醇的性能甲醇在室溫和常壓下為液態(tài)，不會發(fā)生自燃、爆炸，毒性比汽油小，不會發(fā)生人身中毒現象。甲醇的生產、儲存、保管、充加、攜帶和運輸的各個環(huán)節(jié)不需要特別的儲存和運載裝置。甲醇分子結構簡單，氫一碳比例最高，沒有難以分離的碳一碳原子共價鍵，比其他醇類燃料更容易釋放氫。不需要對燃料進行二次轉化，能夠減少氮氧化合物(NOx)和碳氫化合物(HC)的排放。甲醇中不含硫，不會引起燃料電池的催化劑中毒，用甲醇為燃料的燃料電池車的燃油經濟性比傳統(tǒng)內燃機的燃油經濟性高2．1～2．5倍。3.2.1.2用甲醇制氫的方法甲醇經過改質操作后，從碳氫化合物中分解出氫氣。當前采用的改質技術有：①蒸氣改質技術；②局部氧化改質技術；③廢氣改質技術等。3.2.1.3甲醇燃料的優(yōu)點a．甲醇可以用天然氣和有機物生產，擺脫了對石油的依賴。甲醇不易燃燒，不會發(fā)生燃燒與爆炸的危險，安全性好。b．甲醇的改質技術較成熟，改質時操作溫度較低(<300oC)，目前一些燃料專業(yè)公司已有商品化的甲醇改質裝備系統(tǒng)出售，適合裝配各種不同的車型。c．甲醇添加速度快，不需要特殊的安全裝置，只要燃料箱有足夠的容量，就可以使FCEV的行駛里程大大地延長。3.2.1.4甲醇燃料的缺點a．用甲醇制氫的制造裝備復雜。：(EFCEV上以甲醇改質的氫氣為燃料的系統(tǒng)中，增加了甲醇的加熱器和改質器，在氫氣中還混雜少量的COz、CO、HC等有害氣體，特別是Co會對燃料電池的催化劑鉑Pt產生毒害作用，因此，用甲醇產生的Hz還需要用凈化器來除去CO。整個改質系統(tǒng)裝有較復雜的泵、閥和管道等附屬裝置，體積大，結構復雜，對FCEV的總布置較困難。b．在改質反應過程中有300℃3.2.2汽油汽油作為汽車的燃料已有100多年歷史，但作為內燃機汽車的燃料，汽油熱量轉換的效率僅為12％～15％。如果將汽油改質為氫氣供燃料電池作為燃料，汽油熱量轉換的效率可以達到34％左右。汽油采用和甲醇相似的改質裝置與設備，將汽油經過改質處理可以獲得氫氣。用汽油改質為氫氣作為燃料電池的燃料的特點如下。3.2.2.1優(yōu)點a．汽油已經有完善的生產、儲存、保管、運輸系統(tǒng)，添加十分方便，不需要重復進行投資。b．汽油的質量比能量高，比甲醇改質轉換為氫氣所需要的輔助設備更緊湊和更輕巧。3.2.2.2缺點a．汽油是石化燃料，仍然需要依賴石油能源。b．汽油經過改質轉換為氫氣作為燃料電池的燃料時，在改質器中轉換為氫氣時的反應溫度高達900℃，對熱能的控制和熱量的利用都比較復雜，對3.3其他種類的燃料除常用的氫和甲醇等燃料外，美國賓西法尼亞大學經過研究和試驗，證明甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷、液化氣和煤油等碳氫化合物都可以經過改質來轉換H2作為燃料電池的燃料，但工藝有所不同。4各國燃料電池汽車開發(fā)概況4.1美國美國能源伙伴公司(EnergyPartnerCo．)于l991年研制出15kW質子交換膜燃料電池，裝在命名為“EPGreenCar”的汽車上作動力，它是使用氫和空氣作反應劑，采用燃料電池和蓄電池組成的混合電源。燃料電池動力輸出功率15kw，標稱電壓l25V，電流120A，汽車時速從0到30km的加速時間為10s，行程達60km。1994年，該公司還研制了采用質子交換膜燃料電池作動力的高爾夫車，功率7．5kW，該車最大時速15km，行程達72km。美國通用汽車公司在1998年展出了第一輛質子交換膜燃料電池車Zafira，采用甲醇重整供氫，時速可達75km，從0至60km／h加速時問只需2Os；接著該公司又開發(fā)出幾種新型燃料電池汽車，其中使用液氫燃料電池的零排放概念車“氫動一號”，加速快，操作靈活，從0至100kIn／h加速僅16s，最高時速可達140km，續(xù)駛里程4O0km。2004年“通用汽車公司”的燃料電池車HydroCen3改型，完成了近萬公里的馬拉松測試。2007年，通用汽車公司的1O0輛雪佛蘭Seguel氫燃料電池車分別在加州西部、紐約州及華盛頓州試用。在中國，該公司與上汽合作的“氫動3號”HvdroGen3已經開始示范運行。2004年5月，美國“戴姆勒～克萊斯勒公司”生產的3輛燃料電池公共汽車，在北京街頭做商業(yè)化示范，把參加“第二屆國際氫能論壇”的與會代表送達人民大會堂會場。截至2005年9月，該公司生產的2O0輛燃料電池汽車相繼出現于歐洲及美國、日本和新加坡的街頭。戴姆勒一克萊斯勒公司推出的NECAR5燃料電池動力汽車，是該公司開發(fā)的第5代燃料電池汽車。它由Ballard燃料電池驅動系統(tǒng)帶動，該系統(tǒng)包括車載甲醇重整器。該車于2002年在美國已完成了約4800km的行車試驗。4.2日本日本豐田公司在1996年推出了使用金屬氫化物為燃料的燃料電池動力汽車。2OO2年推出的FCHV使用高壓氫為燃料。該車以每月1萬美元的價格租了6輛給美國大學，10輛租給日本地方政府。然而在2003年3月，該公司召回了其出租的6輛燃料電池汽車，并宣布推遲另外6輛燃料電池汽車的租賃，原因是貯氫燃料的高壓氫氣罐在加注氫氣時出現了泄漏。日本本田公司從20o0年開始采用了燃料電池與超級電容器組合起來的混合動力汽車。日本政府從2O02年開始以每月每輛6500美元的價格租用這45種燃料電池混合動力汽車。4.3加拿大加拿大巴拉德公司是從事質子交換膜燃料電池(PEMFC)技術研究和開發(fā)的世界先驅。正是由于該公司首先采用美國D0w公司的全氟磺酸型質子交換膜研制成功了H2/O2質子交換膜燃料電池，才促成了世界各國汽車公司投巨資開發(fā)燃料電池汽車。1992年巴拉德公司開始研制電動車輛用PEM。FC動力系統(tǒng)，1993年制出樣車，采用該公司開發(fā)的12Okw質子交換膜燃料電池組，使用壓縮氫做燃料，行駛速度95k4.4中國(1)中國863燃料電池公交車計劃20O1年國家十五“863”電動汽車重大專項“燃料電池城市客車整車技術的研究與開發(fā)”項目正式啟動。2o02年底完成第一代城市客車“清能一號”裝車試驗并運行成功。2O03年9月完成了第二代城市客車裝車運行。燃料電池發(fā)動機累計運行200h，行駛距離超過2000km，最高時速為63km。2O04年4月采用“神力公司”的100kW2000年，大連化學物理研究所研發(fā)出第一臺PEMFC發(fā)動機，2001年與其它單位合作組裝了一臺燃料電池中巴(車上同時還有鉛蓄電池)，不久后又組裝了一臺30kW的燃料電池中巴車。(2)燃料電池轎車2001年，北京開發(fā)出“綠能一號”燃料電池轎車。裝載第一代燃料電池發(fā)動機的“超越一號”于2003年8月在上海問世。2O03年12月，上海神力公司與上海交通大學聯(lián)合開發(fā)出第二代燃料電池轎車“超越二號”，并試裝桑塔納3ooO型車身，整個試裝過程在2Oo4年5月完成。該車發(fā)動機輸出功率32kw，整車加速時間24．8s，行駛里程168km，最高時速ll8km，爬坡度20％。第二代燃料電池動力系統(tǒng)與第一代系統(tǒng)相比更加靈巧和有力，總重量減少到320kg，輕了1O0kg多，體積縮小30％以上，功率則提升了2O％～25％。接著在20o6年完成了“超越三號”燃料電池轎車，其最高時速達到120km，一次充氫可行駛230km，比“超越二號”延長很多。2006年12月“上海牌”燃料電池轎車的樣車問世，從0到lO0km/h的加速時間只要15s，其最高時速達到150kln，h，一次充氫行駛路程達300km。2oo6年8月，由中國科學院大連化學物理研究所等單位自主研發(fā)的兩輛燃料電池觀光示范車在大連運行。該車燃料電池輸出功率5kW，貯氫容器為碳纖維增強金屬瓶。該車每天運行5h，計劃運行(3)中國燃料電池商業(yè)化示范項目中國燃料電池商業(yè)示范項目是由中國政府、全球環(huán)境基金(GEF)和聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)共同支持的“中國燃料電池公共汽車示范項目”，由中國國家科技部、北京市、上海市共同組織實施。總投資3200萬美元。實施該項目的目的是為了降低燃料電池公共汽車的成本，借助在北京和上海兩市同時進行的燃料電池公共汽車和供氫設施的示范，加快其技術轉化。該項目啟動會于2003年3月27日在北京召開。項目的遠期目標是推動燃料電池公共汽車在中國產業(yè)化和推廣應用，減少空氣污染和溫室氣體排放。實施該項目，北京市和上海市各采購65燃料電池汽車離商品化還有多遠從國內外燃料電池汽車的研發(fā)概況可以看出，雖然H2/O車用燃料電池系統(tǒng)使用壽命太短一般說來，私人小轎車要求燃料電池使用壽命達到5000h以上；卡車和公交車要求燃料電池使用壽命達至05000h～10000h同。巴拉德公司在試驗室內用純氫做電池壽命試驗，經過9000h的考驗，平均電壓下降速度只有4mV／(1000h)，因而預測電池壽命可以達到20000h，但實際上的電池使用壽命也只有2200h，只達到預測的1／10。荷蘭設計的PEMFC可以連續(xù)工作40000h，但在汽車上應用，使用壽命只有3000h，不到電池設計壽命時間的1／10。我國燃料電池使用壽命只有1500hf，上海神力公司開發(fā)的城市大巴發(fā)動機中用的燃料電池堆模塊已經通過2000h的穩(wěn)定可靠性試驗，性能下降不超過l0％，但實際運行卻只有200h。造成燃料電池系統(tǒng)使用壽命只有設計壽命的1／10這么大差距的根本原因，就在于實驗室壽命試驗是在嚴格的條件下進行的：電池的輸出是恒定的；電池本體的溫度、濕度、排熱、排水是穩(wěn)定的；氫源和氧源是純凈的、穩(wěn)定的；它們之間的相互配合是最佳的。但在電動汽車實際運行過程中，這些條件就得不到保證了。例如，電池的輸出瞬問多變；燃料電池排水會受到汽車震動頻率和方向的影響；燃料電池的輸出能力會受到進氣純度和壓力的影響。在日本曾經出現過燃料電池汽車經過溫泉附近電池性能出現突然下降，其原因是火山附近空氣中的硫化氫引起電池催化劑中毒所致。這就要求燃料電池系統(tǒng)提高對濕度、溫度和雜質氣體的適應能力。燃料電池系統(tǒng)能量效率和比功率有待提高H2/O2質子交換膜燃料電池的最大輸出功率密度是在電池電壓達到0.5電池的輸出功率和能量轉換效率存在著密切的關系。已報道了4OkW質子交換膜燃料電池系統(tǒng)的燃料轉化效率跟電池輸出功率之問的關系。當電池在額定輸出功率40kW條件下工作時，其燃料轉換效率只有35％～40％。不僅如此，如果考慮到燃料電池系統(tǒng)中輔機消耗的能量，以及配套系統(tǒng)的重量和體積，則整個系統(tǒng)的能量轉換效率和比能量、比功率會進一步下降。這就部分抵消了燃料電池具有能量轉換效率高的優(yōu)點。例如，雖然燃料電池堆的功率密度可以做到1kW幾，但整個燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)的功率密度只有75～100w／L。(3)燃料電池動力系統(tǒng)的可靠性有待深入研究燃料電池動力系統(tǒng)是由燃料電池堆(或稱燃料電池本體)、氫源系統(tǒng)、氧源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的。每一個系統(tǒng)又包括數個子系統(tǒng)。例如氫源系統(tǒng)就包含氫氣制造、凈化、壓力調節(jié)和控制系統(tǒng)；氫氣輸送、安全防護等子系統(tǒng)。燃料電池堆也包含電池排熱、排水、保溫、保濕、冷卻等子系統(tǒng)。因此燃料電池動力系統(tǒng)的研制和運行過程是一個相當復雜的系統(tǒng)工程。在燃料電池系統(tǒng)中，任何一個子系統(tǒng)、組件、元件出現故障或失效，都會給整個燃料電池系統(tǒng)帶來影響，甚至引起電池失效。將可靠性工程原理應用到一個系統(tǒng)工程的研究設計、生產