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燃料电池模块包含哪些部件？
燃料电池模块由一个 PEM 燃料电池堆、一个外壳以及一些传感器和执行器组成。燃料电池堆组件本身由构成燃料电池模块的各种部件组成，即辅助硬件，例如单个燃料电池和电池组件、阳极、阴极、集电板、矩阵、歧管、仪表、安装和压缩硬件，以及电池堆外壳容器。
燃料电池堆、燃料电池模块和燃料电池系统有什么区别？
燃料电池堆是这项技术的核心。这里是电化学反应发生的地方，将空气中的氢和氧结合起来产生直流电流。燃料电池堆由电池层、端板、MEA、垫圈、密封件、气体扩散层组成，所有这些都没有外壳。
燃料电池模块包括 PEM 燃料电池堆和管理该燃料电池堆本身的直接系统要求 - 包括空气和氢气输送系统、氢气再循环、主冷却剂、高低压控制系统和整体控制系统。
燃料电池系统包括燃料电池模块以及所有辅助设备，包括空气输送（压缩机）、水和热管理模块、高低压电路和控制系统。热交换器和排气模块通常位于燃料电池系统的外部，并与 DC: DC 转换器一起专门针对车辆动力系统或固定系统布局进行配置。
燃料电池如何工作？
燃料电池的工作原理与电池类似，只要有氢燃料和氧气供应，它们就能持续产生电能。与电池不同的是，它们不会耗尽电量或需要充电。燃料电池的工作原理是电化学反应。通过将氢燃料中的化学能转化为电能，燃料电池堆的效率比使用电池更高。PEM 燃料电池堆是使用双极板（阳极和阴极合二为一）夹在一起的单个电池的集合。氢气通过阳极，而氧气从空气中通过阴极。在阳极，氢分子被催化剂分裂成电子和质子。质子可以穿过膜，但电子不能。然而，原子需要均衡电荷，因此电子会改变路径。此时，电子被迫通过电路并产生电流。该反应的副产品是水和热。在阴极，氢质子、电子和氧气结合产生水分子。
燃料电池系统由什么组成？
燃料电池系统包括 PEM 燃料电池组、燃料电池组模块和设备平衡系统。燃料电池组由多层电池组成，电池组内发生电化学反应，空气中的氢和氧结合产生电和水。燃料电池组组件包括双极板、膜电极组件 (MEA)、密封件和端板以及张紧系统。电池组模块包括附加系统功能，以简化与客户系统的集成，从而优化系统兼容性、控制和性能。这些通常内置于特殊介质模块中，包括阀门、阳极电路的冷凝水分离器、压力和温度传感器以及燃料电池组设计的可选客户特定功能。
燃料电池堆模块如何集成到完整的燃料电池系统中？与其他组件的接口有哪些？
需要通过压力调节输送管线连接到氢储存器，以及热和排气模块以及与“车辆”或其他主控制器的通信。低压和高压连接需要其他接口。需要连接到作为副产品的水。
智能燃料电池模块IE-SOAR 800W
燃料电池模块中电池的电压是多少？
膜电极组件 (MEA) 和两个流场板可提供 0.5 至 1V 的电压，它们组成单个燃料电池（对于大多数应用来说电压太低）。因此，根据应用类型，需要将多个电池串联起来以提供所需的功率。
燃料电池模块的关键性能标准是什么？
电流密度（安培/平方厘米）、电堆电压，以及相应的温度和水管理，是燃料电池模块的关键性能标准。这些参数都会影响 PEM 燃料电池的整体功率密度。冷却类型、氢燃料质量等级、燃料消耗、峰值负载管理和燃料电池配置是决定燃料电池模块性能的其他变量。
燃料电池模块的首选应用场景有哪些？
燃料电池技术具有可扩展性和模块化的优势。只需将电池组装在一起即可产生所需的电力输出。
重型动力系统（汽车、铁路、船舶）、固定发电、建筑设备和备用发电是燃料电池技术的理想应用。凭借轻量化和系统管理，燃料电池模块也适用于无人机UAV和 电动垂直起降飞行器eVTOL 应用。
PEM 燃料电池的功率密度是燃料电池驱动的无人机可行性的重要因素。由于采用模块化设计，持续且恒定的电力输送，该技术非常适合超现代移动应用，包括燃料电池驱动的无人机等飞行器。
燃料电池模块 IE-SOAR 2.4kW 智能能源连接至燃料电池无人机
当用于燃料电池供电的无人机时，需要达到哪些标准才能比纯电池供电的无人机更具优势？
与纯电池电动选项相比，燃料电池的质量和功率密度对于确保高生产率和更长的工作周期运行（飞行时间）至关重要。
不同应用场景对应怎样的燃料电池模块功率范围？
对于当前一代无人机，已经可以实现高达 5kW 的功率。对于固定式、汽车和其他动力（铁路、越野、船舶）应用等更高功率的应用，高达 300kW 的功率更为常见。对于 eVTOL 和航空，功率约为 1MW 以上。
采取哪些措施来减轻燃料电池堆和系统的重量？
减少烟囱、外壳和所有辅助设备的质量对于延长航空应用的飞行时间至关重要。此外，还需要权衡利弊，以优化动力应用中的加速度、巡航和燃料消耗以及系统寿命。
燃料电池模块如何测试？
在单个燃料电池组件、电池、电池组、子系统和整个系统层面进行广泛的测试。QC 和 QA 测试用于检查燃料电池模块的性能，例如：泄漏测试和流体检查、电池电压监测、电池/电池组极化和生命周期测试。
燃料电池模块需要维护吗？
燃料电池没有移动部件，可能比内燃机更可靠，但燃料电池系统需要维护，例如过滤器。固定式燃料电池需要的维护相对较少，取决于当地环境条件（灰尘、温度等），可以通过标准操作和维护服务进行远程监控。
最先进的燃料电池模块的寿命有多长？
当前堆栈模块的使用寿命将根据不同应用的操作配置而有所不同，并且可以通过修改或优化材料和系统管理进行配置。高性能乘用车可以根据性能要求进行优化，而重型卡车通常会针对使用寿命进行优化。乘用燃料电池车 FCEV 中的燃料电池堆旨在提供约 150,000 至 200,000 英里的运行，或 覆盖燃料电池车FCEV 的整体使用寿命。
内容由 Intelligent Energy 提供
Intelligent Energy 是一家燃料电池工程公司，拥有 30 年的 PEM 燃料电池开发经验。该公司专注于开发和商业化 PEM 燃料电池技术，以满足汽车、固定电源和无人机等一系列市场的需求。该公司总部位于英国，在美国、日本、韩国和中国设有分公司。
最后更新：2023.1.15