新能源汽车与新型蓄能电池及热电转换技术_新能源汽车与新型蓄能电池及热电转换技术研究

新能源汽车与新型蓄能电池及热电转换技术_新能源汽车与新型蓄能电池及热电转换技术研究

       非常欢迎大家参与这个新能源汽车与新型蓄能电池及热电转换技术问题集合的探讨。我将以开放的心态回答每个问题，并尽量给出多样化的观点和角度，以期能够启发大家的思考。

1.新能源汽车技术介绍？

2.什么是新能源汽车，新能源汽车包括哪些类型

3.以标准化建设促进新能源汽车换电模式普及

4.新能源汽车技术都学些什么？

5.新能源汽车技术专业是学什么的?

6.燃料电池汽车的核心技术

新能源汽车技术介绍？

       新能源汽车技术包括新能源汽车电机及其控制技术、动力电池管理及维护技术、电动汽车电气系统检修、汽车电子控制原理与技术应用、电动汽车车身电控系统检修、电动汽车舒适及安全系统检修、电动汽车充电站及管理技术、新能源汽车技术性能检验。

       从全球新能源汽车的发展来看，其动力电源主要包括锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、铅酸电池、超级电容器，其中超级电容器大多以辅助动力源的形式出现。目前来看新能源汽车停滞不前的主要原因是这些电池技术还不完全成熟或缺点明显，与传统汽车相比不管是从成本上、动力还是续航里程上都有不少差距，这也是制约新能源汽车的发展的重要原因。

       以上是为您介绍关于新能源汽车技术介绍的问题

什么是新能源汽车，新能源汽车包括哪些类型

       从探索改进电极及电池结构的设计方法、建立电池极化模型和仿真技术等方面入手，汽车动力电池的“瘦身健体”之旅仍在不断推进：

       汽车动力电池的储能将有可能提高至400瓦时/公斤。

       要让电池变成“肌肉型男”，在获得合理的正负极材料之余，还需要设计出可行的加工工艺。

       着力全新的锂硫电池和锂空气电池的研究，它们的能量密度有望达到500瓦时/公斤。

       被欧阳明高点名的科研项目获得了国家重点研发计划的支持，全名为“高比能动力电池的关键技术和相关基础科学问题研究”，该研究基于研究团队研制出的高容量富锂锰基的正极材料，汽车动力电池的储能将有可能提高至400瓦时/公斤。

       近年来，在国家政策的大力扶持下，我国新能源汽车得到迅速普及，但“不敢去远郊区县”的“梗”至今难以理顺。打破500公里的单次行程极限将大大推动电动汽车的推广，然而汽车承载有限，如何在受限的体积内尽量多地储备电能成为科研攻关的关键目标。

       该项目负责人、北京大学教授夏定国表示：“要进一步提高锂离子电池的能量密度, 正极材料的比容量是关键。”据夏定国介绍，针对正极材料的比容量，研究团队在前期工作基础上，深刻理解富锂材料稳定性机制以及阴离子氧化还原的产生机理，通过调控阴离子氧化还原机制来实现富锂材料性能的优化。

       也就是说，团队首先遇到的问题是：阴离子氧化还原能力受什么“左右”？揭示这一规律将引导团队接近并找到性能优良的电极。团队还发现，在物质内部原子之间的几何结构会影响电子的结构，从而影响阴离子氧化还原的能力，研究明确了结构和效能的关系，并希望通过结构的设计改善电极材料的电化学性能。

       “提高正极材料中的含锂量，让更多的阴离子稳定参与氧化还原反应是一个重要途径。”夏定国说，研制出高容量富锂正极材料，为进一步提高动力电池的能量密度提供了可能。项目组除制备出了一种高容量的富锂正极材料和两种高容量、高稳定富锂材料—碳复合材料外，还制备出了高容量的锂电池负极材料。

       要让电池变成“肌肉型男”，在获得合理的正负极材料之余，还需要设计出可行的加工工艺。例如，富锂化合物在电极中需要很好地分散开来，既保持在体系中60%以上的含量，又不凝结为块状。分散越均匀，可逆性越好，充放电效率越好。

       目前该电池还需进一步完善，夏定国介绍，仍存在“枝晶锂”制约新体系电池的进步及电池安全性这两个关键问题。相关实验显示，10—50次循环使用之后，电压衰减明显，电极也不起作用了。

       “枝晶锂”是锂离子电池采用液态电解质所特有的，锂离子还原结晶成树枝样，并不断生长，到一定程度可能会刺破隔膜，科学家目前正在从两个角度寻求突破。一是包被涂层，二是研究固体电解质。

       夏定国强调，“高能量密度锂离子动力电池的发展有待于电极材料、电解液及高安全性途径的发展，更有待于新的分析方法及电池制备技术进步”。

       除了提高锂离子电池的能量密度使其达到400瓦时/公斤外，项目组还将着力全新的锂硫电池和锂空气电池的研究，它们的能量密度有望达到500瓦时/公斤。中国工程院院士陈立泉表示，锂空气电池是动力电池的发展方向之一，“现在大力发展的氢氧燃料电池，必须用金属罐子保障氢气使用时的安全，而锂空气电池（负极为空气中的氧气）只要一个榨菜袋子就可以了。从实用性、成本上来讲锂空气电池也应该发展”。

以标准化建设促进新能源汽车换电模式普及

       新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

       新能源汽车类型：

       1、纯电动汽车

       采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。

       2、混合动力汽车

       驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，混合动力汽车有多种形式。

       3、燃料电池电动汽车

       利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下，在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。

       4、氢发动机汽车

       氢发动机汽车是以氢发动机为动力源的汽车。一般发动机使用的燃料是柴油或汽油，氢发动机使用的燃料是气体氢。氢发动机汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染、零排放、储量丰富等优势。

       5、 其他新能源汽车

       其他新能源汽车包括使用超级电容器、飞轮等高效储能器的汽车。目前在我国，新能源汽车主要是指纯电动汽车、增程式电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池电动汽车，常规混合动力汽车被划分为节能汽车。

       新能源汽车优点：

       1、环保。这是国家层面推行新能源汽车发展的一个重要因素。新能源汽车采用动力电池组及电机驱动动力，可以说是零尾气排放，零污染。

       2、噪音低。相比燃油车，新能源汽车的噪音就要小得多。

       3、保养方便。不像传统的燃油汽车，保养发动机的时候需要更换机油，滤芯等等。不繁琐。

       4、使用成本低。电价和油价是不能相比的。尤其是在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的峰谷差作用。

新能源汽车技术都学些什么？

       关于新能源汽车在使用环节的“充换电”之争由来已久。无论从市场规模还是使用习惯来看，“充电”都是目前市场的主流，特别是在新能源汽车私人消费领域。

       今年以来，政策层面不断释放关于发展“换电”模式的积极信号。4月下旬，财政部、工业和信息化部等四部委下发的《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》明确提出，支持“车电分离”等新型商业模式发展，并同时将其纳入新的补贴政策之内。尤其是今年“两会”，《政府工作报告》经过代表和委员讨论审议后有所修改，在关于新基建的表述中，“建设充电桩”被扩展为“增加充电桩、换电站等设施”。

       尽管如此，“换电”模式的大规模普及，尤其是在私人消费领域的普及依然任重道远。

       除了技术和投资领域的课题外，主要阻力之一来自标准的缺失。目前国内外主流汽车企业几乎都推出了自己的新能源汽车，而各家车企的新能源汽车发展理念存在较大差异；即便是作为主流的纯电动汽车，各家产品的设计差异依然巨大，所用电池规格、安放位置、接口、通讯协议等无法形成统一。

       电池成分的差异就更为明显。以主流的磷酸铁锂和三元锂电池而言，所用材料和发展路径截然不同，技术特点和使用特征也存在较大差异，尤其是在电池寿命和循环处理等与经济利益紧密相关的环节，基本无法形成统一化管理，如果强行划定限制范围还有可能造成对电池技术发展的制约。

       北汽新能源党委副书记连庆锋认为，“标准”是一个统一各个企业共识的概念。比如北汽新能源的换电站建成后不仅是为本企业服务，更是为整个新能源的行业未来提供服务，所以应该在行业里先做内部标准，未来尽可能与各家企业达成共识，建立行业标准。

       连庆锋提到的“内部标准”，主要依托于企业深厚的“功底”。作为国内最早从事换电模式推广的整车企业，北汽新能源已经形成了从技术、产品、平台到产业链、资本链、生态圈的完整闭环。

       比如在技术方面，北汽新能源已掌控车辆定位系统、快换连接系统、底盘换电系统、电池全生命周期管理技术、快换电池箱、换电网络运营管理等多项关键技术。尤其是拥有强大“识别能力”的动力电池评估技术，基于大数据分析的电池追溯、监控、评估及运营的一体化网络平台，可通过车辆充电数据与快速检测数据实现对退役动力电池的快速评估，评估时间90%。

       另一方面，北汽新能源换电服务在公共领域的普及也已经形成了较为清晰的“标准”。据北京汽车蓝谷营销服务有限公司副总经理王春风介绍，以北京为例，北汽新能源的换电站布局已可满足市区2.53公里的服务半径，郊区服务半径达5.6公里，对于用户来说，便捷性近似于加油站。在经济性方面，北京出租车采用换电模式后，日均订单数量增长了25%，运营里程提升了38%，司机收入增加了30%；在换电站运营方面，单个换电站的投入大概为300万元左右，北汽新能源已可实现两年半收回整个成本。“公共服务先行，做好经济、平衡的细分市场，把换电站运营的通路铺开，达到一定密度与规模后，对私业务就能进来实现更大面积的覆盖。”连庆锋说。

       据悉，为解决标准化问题，实现更大规模的发展，北汽蓝谷还与宁德时代、SK、奔驰能源、奥动、国家电网、南方电网、格林美、豪鹏等产业链伙伴深入合作，建立“卫蓝生态联盟”，推动整个换电行业的标准化进程。

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

新能源汽车技术专业是学什么的?

       新能源汽车技术专业主要学习课程有汽车构造与维修、汽车传感器原理与检修，汽车电控技术、电动汽车、混合动力汽车原理、动力电池与电机驱动技术、智能网联，汽车营销、汽车故障诊断技术等等。

       核心课程：新能源汽车高压安全及防护、新能源汽车储能装置与管理系统、新能源汽车驱动电机与控制技术、新能源汽车电子电力辅助系统、纯电动汽车结构与检修、混合动力汽车结构与检修，智能网联。

       培养目标：培养德、智、体等方面全面发展,具备良好的综合素质,掌握新能源汽车技术应用必备的基础理论和专业知识,能利用新能源汽车检测设备和工具从事新能源汽车生产需要的生产装配与调试、性能检测与维护、故障诊断与排除及技术管理工作,具备一定创新能力和开拓精神的高端技术技能型人才。

       培养规格：

       1、知识要求 (1)掌握一定的基础知识。包括英语基本知识、数学基本知识、计算机基础知识、具备就业及创业方面的相关知识。 (2)了解和掌握相关的专业基础知识。包括电器结构基础知识、汽车构造等。 (3)掌握相关的专业技术知识。包括新能源汽车电机及电控标准、电动汽车检修等专业技能。

       2、能力要求 (1)具有识读电气原理图和机械装配图的能力。 (2)具有熟练使用电工仪器仪表及电工工具的能力。 (3)具有熟练掌握新能源汽车动力系统安装、检测、调试的能力。 (4)具有从事汽车行业必须遵守的职业道德和相关法律的意识。

       新能源汽车技术就业面向与主要职业岗位

       就业面向： 1、初始岗位群 企业的基本员工,从事汽车定损、汽车保养与维护、汽车修理、汽车销售等相关工作。 2、发展岗位群 企业新能源技术员、工程师、销售主管、部门经理。

燃料电池汽车的核心技术

       新能源汽车技术专业主要学：新能源车高压电用电安全实训、混合动力汽车结构原理与维修、驱动电机及控制技术、动力电池管理及维护技术、新能源汽车综合性能检测及故障诊断、汽车单片机原理及应用等。

       课程体系：

       经过科学系统的课程开发，形成由公共基础课、专业基础课、专业核心课程以及限课程组成的课程体系。

       专业基础课程：机械制图、机械基础、电工电子技术基础、汽车构造、汽车传感器原理与检修、单片机与车载网络系统、旧机动车鉴定与评估、专业英语。

       专业核心课程：新能源汽车高压安全及防护、新能源汽车储能装置与管理系统、新能源汽车驱动电机与控制技术、新能源汽车电子电力辅助系统、纯电动汽车结构与检修、混合动力汽车结构与检修。

       就业方向：

       毕业生可考取中（高）级汽车装配工、汽车维修工、汽车驾驶员（C照）、汽车配件销售员等职业资格证书。新能源汽车技术专业是国家大力发展电动汽车为主的新能源汽车紧缺人才专业，毕业生可到汽车制造厂、汽车4S店、汽车检测站、汽车运输管理等部门从事相关技术服务与管理工作，就业前景较好，发展空间较大。

       被誉为新一代环保车型的燃料电池汽车可不使用传统化石燃料，而以来源丰富的氢气作为燃料，运行后的排放物只有水，且不排放CO2。燃料电池汽车通过电机驱动车辆，可兼顾静音性与良好的行驶性能，燃料填充时间较短，并能确保与内燃机汽车相近的续航里程。各汽车制造商目前正在积极开展针对燃料电池汽车的研发与推广工作。介绍了丰田公司燃料电池系统(TFCS)及燃料电池堆的结构、设计与控制。着重阐述了燃料电池系统的1项核心技术，即“水管理控制技术”，以及基于燃料电池堆的设计过程与燃料电池堆内部状态的可视化及计测技术。

       0?前言

       近年来，由于地球温室效应日益加剧，石油资源也在日渐枯竭，能源安全(尤指稳定供应能源等)问题得以不断凸显，运行中不产生CO2的新能源汽车逐渐引起了广泛关注。丰田公司于近期设立了“CO2零排放目标”，并提出到2050年，提高新能源汽车的销售比例，目前正在对此开展相关研究(图1)。

       FCV?具有以下特点：(1)以氢气作为燃料，氢气可通过化石燃料在内的多种能源进行制取，来源广泛；(2)行驶中的排放物只有水；(3)由于主要驱动装置是电机，所以可充分兼顾静音性与良好的行驶性能；(4)具有较短的燃料填充时间，同时能确保与内燃机汽车相近的续航里程。目前，社会各界正迫切希望该类环保车型得以实用化。考虑到FCV的诸多优点，研究人员认为FCV同样也可满足中长距离的运输需求(图2)。丰田公司于2014年在世界范围内首开先河，上市销售了量产型FCV“MIRAI”车型。此外，丰田公司于2018年上市销售了沿用了该燃料电池系统的新型燃料电池城市客车“SORA”(图3)，而且针对轻型货车的验证评审也正在逐步开展中(图4)。

       1?丰田公司燃料电池系统

       丰田公司将混合动力技术定位成新能源汽车的核心技术，将混合动力系统的发动机替换为燃料电池系统，将燃油箱替换为丰田公司的燃料电池系统(TFCS)(图5)。

       燃料电池系统由进行发电的燃料电池堆、供应氢燃料的氢气系统、供应氧气的空气系统，以及冷却系统所构成(图6)。燃料电池堆发出的电能通过燃料电池升压转换器向主驱动电机及高电压蓄电池等高压系统供电(图7)。就对燃料电池堆发电有着重要影响的电解质传导性而言，其灵敏度会随着附近环境的相对湿度而发生显著变化。不仅如此，反应过程中生成的水会影响到燃料电池堆内的燃料供应过程，因而对生成水的管理可谓至关重要。本文论述了基于燃料电池堆水管理而进行的相关设计与系统控制。

       2?燃料电池堆

       燃料电池堆通过设计单电池的电极面积和单电池数量，从而获得所需的电能。在通常情况下，单电池由作为氢气与氧气反应部位的膜电极总成(MEA)、显微渗透层(MPL)、气体扩散层(GDL)、用于从外部供应氢气和空气的气体通道，以及隔板等部件构成(图8)。

       丰田公司通过对燃料电池流道及MEA?进行改进，使燃料电池系统实现了高密度化。此外，由于对单电池内部弹簧机构的有效应用，简化了电池的连接构件。同时，由于电池本身的薄型化，缩小了体积尺寸。而且，随着隔板材质的调整，电池全重有效减轻了，使电池具备较高的功率密度(3.1?kW/L?与2.0?kW/kg，图9)。结果表明，燃料电池电极铂催化剂的使用量还降低了(图10)。不仅如此，为避免降低接触阻力并确保耐蚀性，隔板的表面处理工艺也从电镀金处理调整为较廉价的聚合非晶碳镀层(PAC)，从而显著降低了成本。

       2.1?高电流密度化

       电池性能是由理论起动电压的损失(超电压)所决定的。超电压总体可分为以下3类：源于催化反应的“活性化超电压”，源于电子、质子移动的“电阻超电压”和源于反应过程的“浓度超电压”(图11)。就聚合物电解质燃料电池(PEFC)而言，由于发电过程中生成的水处于液相状态，单电池内的气体扩散受阻会导致浓度超电压进一步恶化。另一方面，在易于形成蒸汽的高温区，由于电解质附近的相对湿度有所降低，作为质子移动电阻的电阻超电压也会相应增加。通过以上分析，如要实现燃料电池的高电流密度化，针对发电过程中生成的水而开展的构件设计及控制是至关重要的，为燃料电池水管理技术的核心理念。

       2.2?降低浓度超电压

       在低温及普通运转温度区，由于发电而生成的水会滞留于空气极侧的电池流道、GDL、MPL?及MEA中，从而产生浓度超电压。在通常情况下，与气体流道不接触的GDL及MEA内容易积存液态水。而在丰田的MIRAI车型上配装的燃料电池堆的单元流道结构，采用了3D细网格状结构。在优化了氧气供应并排出液态水的同时，由于隔板表面具有一定亲水性，将液态水导向流道表面，进而降低了浓度超电压(图12、图13)。此外，在GDL内，通过调整碳素纤维与黏合剂的比例以实现最优化。而在MPL方面，通过实现碳黑颗粒的粗颗粒化而降低透水压力，使气体扩散性提高约2倍，进而降低了浓度超电压。

       2.3?降低电阻超电压

       为了确保PEFC中电解质的质子传导性能，需使电解质周围环境保持湿润状态。在常规的燃料电池系统中，通过加湿器可排出反应中生成的水，将其返回燃料电池堆并进行加湿处理。配装在MIRAI车型上的TFCS，可通过结构简化以提高可靠性。丰田公司以降低成本为目标，取消了该类加湿器，基于自加湿理念而对各个构件进行设计，由此实现了与以往相似的高温性能(图14)。自加湿的工作机理是在干燥的空气入口处通过氢气极对空气进行加湿。该设计方式不仅兼顾了各个构件，而且与冷却水流量及氢循环泵流量等系统实现了有机结合。

       燃料电池在高温状态下运转时，空气极入口湿度会相对较低。在MEA?内部的催化剂附近，质子传导性会逐渐恶化，进而会使电阻超电压有所增加。在外观上，催化剂有效表面积减少，使燃料电池性能恶化。通过增加包覆催化剂电解质官能团的方式，以确保催化剂有效表面积的不变。在提高质子传导性的同时，通过电解质/载体碳比率的最佳化及催化剂载体碳的实心化，即使在低湿度环境下，也能有效增加催化剂的表面积。同时，通过该措施还实现了单电池流道形状的最佳化，有效抑制了空气极入口处的干燥趋向。除了针对上述构件的设计过程外，由于系统自身运转条件得以最佳化，即便在高温环境下，单电池的发电过程也可处于稳定运行状态，从而将超电压的发生可能性控制在最小限度以内(15、图16)。

       另一方面，由于燃料电池在低湿度条件下进行发电会出现游离基浓缩现象，导致电解质化学性能逐步老化。同时，由于薄膜化会引起机械特性降低，进而导致薄膜裂纹等问题。研究人员采取的对策包括向电极添加游离基淬灭材料，降低铁离子污染，以及利用3D细网流道使电极表面压力均匀化，以此确保了其耐久性能(图17)。

       3?燃料电池堆的水管理控制

       为使燃料电池堆的发电性能时常保持在最佳状态，研究人员根据交流阻抗法，并通过车载装置计测了MEA构件的电阻，进而对燃料电池的运转条件进行调整。

       3.1?基于交流阻抗法的含水量计测

       图18示出了常规燃料电池的等效电路。图中Rohm为电解质膜的电阻，Rvoid为GDL的电阻，Rion为电解质的电阻。这些电阻会随着含水率的不同而发生变化。在处于适度的湿润状态时，各部位电阻值均保持在较低状态。在冷却过程中，由于GDL内部液态水大量存在，导致扩散阻力有所增加，所以Rvoid值会相应增大。相反，在高温运转时等含水率较低的状态下，Rohm和Rion会有所增大，并产生电阻超电压。

       燃料电池升压转换器(图7)的直流指令电流值是通过重叠高频与低频的2种正弦波电流值而进行计测的。Rohm是通过高频正弦波重叠电流计测的阻抗值(HFR)而计算得出的。另一方面，Rvoid是根据LFR，再针对Rohm及Rion进行计算而得出的。

       3.2?燃料电池堆的自加湿控制

       TFCS在高温状态下运转时，改变氢气极的工作条件以进行水管理。为使水得以有效分配到氢气极表面，根据相关运转条件，可通过控制氢气泵以增加氢循环量。在确保了必要的氢循环量之后，通过降低氢气极入口压力的方式，促使氢气极表面的水实现不断流动。由于上述对策的运用，催化剂附近环境较为湿润，即便不采用外部加湿处理，也能有效提高系统运转时的环境温度(图19)。

       3.3?燃料电池高温运转时的水管理控制

       以计测方式得出的阻抗值为基础，控制MIRAI车型氢气泵流量、燃料电池水温等参数，由此进行水管理。图20表示进行水管理控制时车辆在较陡坡道上高速行驶时的评价结果。图21则示出了在未进行水管理控制的条件下，车辆在较陡坡道上高速行驶时的评价结果。在进行水管理控制的条件下，Rohm数值较为稳定，冷却水温度上升情况受到抑制，由此可以得到燃料电池堆的输出功率。另一方面，在未进行水管理控制的条件下，由于受到冷却水温度的影响，阻抗值出现了较大的变动，同时也无法确保同样的输出功率。此时，燃料电池堆的电池特性也面临着同样问题，即在全电流区的阻抗值较高，无法输出规定的电压。可认为该现象是电解质膜等部件的电阻超电压有所增加的原因之一(图22)。另外，由于电压降低，燃料电池堆的发热情况也会逐步加剧，进而导致冷却水温度上升。该结果表明，电解质及电解质膜的含水率有所降低，导致燃料电池发电特性面临着进一步恶化的现象。

       由以上分析可知，水管理控制可使电解质膜等部件处于稳定状态并得以润湿，同时改善燃料电池堆的发电特性，并能有效抑制冷却水温度的上升。

       3.4?0?℃下起动时的水管理控制

       燃料电池系统在0?℃下起动时面临的主要问题是燃料电池系统内部的残留水及由于发电过程中生成的水会出现冻结现象，无法向MEA?及时供应工作所需的氢气与氧气。由此面临的最恶劣情况即为燃料电池无法正常发电。

       图23示出了在0?℃环境下的系统控制流程图。在0?℃环境下燃料电池系统采用的水管理技术理念主要是确保起动时气体供应系统得以正常运转。在水即将冻结时，采用可使燃料电池系统升温到0?℃以上的“快速暖机”控制系统。

       3.5?降低含水量控制

       通过测量阻抗值，可以计算出燃料电池堆发电部位的含水量。GDL内的含水量能充分利用Rvoid进行管理。降低含水量控制是在运转过程中及系统停止运行时，控制冷却水温度、空气流量、氢气循环量等参数，并合理调节阻抗值，以便即使在0?℃以下的环境内进行起动时，也不会面对由于气体扩散所导致的问题，从而使燃料电池实现顺利起动(图24)。

       3.6?快速暖机控制

       在燃料电池堆的温度处于0?℃以下时，发电特性比正常运转时更低。同时，由于生成的水逐渐冻结，导致燃料电池堆无法实现持续发电(图25)。因此，当冷起动时的温度在0?℃以下时，为了能继续发电，须使燃料电池堆的温度处于0?℃以上。

       燃料电池堆在发电时，随着各类能量损失的出现，会同时出现发热现象。燃料电池堆处于正常运转工况时，须使发热量处在最小限度内，并高效运转。如需实现燃料电池堆的快速升温，应降低反应过程所需的空气量，进而逐渐增大浓度超电压(图26)。

       图27示出了在-15?℃温度环境下的快速暖机控制。根据燃料电池温度为-15?℃时的实际车辆评价结果，从系统校验后的8?s开始，燃料电池堆即可进行发电。由于一方面须维持一定的输出功率，另一方面须缓慢地降低电压，使燃料电池堆的发热量有所增加，最终将燃料电池输出功率控制为5~90?kW。此外，目前已确认了燃料电池堆可在32?s左右的时间内增温至0?℃以上。

       4?结语

       本文以燃料电池系统的1项核心技术“水管理”为研究对象。运用可视化及计测技术，实现了定量化处理，将该技术有效运用于燃料电池堆的设计与系统控制过程中。水管理是燃料电池堆的1项关键技术，今后还将依据相关原理，对燃料电池堆的运作机理进行说明，从而推进燃料电池堆系统的小型化、低成本化,以及性能提升等方面的工作。

       注：本文发表于《汽车与新动力》杂志2020年第3期

       作者：[日]?今西啓之等

       整理：彭惠民

       编辑：伍赛特

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

       今天的讨论已经涵盖了“新能源汽车与新型蓄能电池及热电转换技术”的各个方面。我希望您能够从中获得所需的信息，并利用这些知识在将来的学习和生活中取得更好的成果。如果您有任何问题或需要进一步的讨论，请随时告诉我。