
丹东科士达蓄电池代理
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科士达蓄电池的基本工作原理
燃料电池的基本工作原理
从工作原理不难看出,催化剂、电极、隔膜和电解质是燃料电池的主要材料。各种燃料电池工作原理基本相似,其分类是由电解质的材料决定的。目前广泛研发的燃料电池有质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等。另外,由于工作温度和发电功率的不同(表1),燃料电池的应用领域也可以分为四种:便携式电子产品,包括笔记型计算机、数字相机、手机、PDA等;住宅发电,既是住宅或备用电源;运输交通工具,汽车、巴士等;大型发电大楼发电、小型及大型发电厂。
其中,PEMFC因其不经过燃烧直接以电化学反应连续地把燃料和氧化剂中的化学能直接转换成电能,具有能量转换效率高(一般都在40%~60%,而内燃机仅为18%~24%)的优点,成为应用非常广泛的技术,尤其是在汽车用燃料方面,PEMFC的应用接近该市场的100%。
另外颇受关注的是DMFC,它同属于PEMFC,都是采用聚合物阻隔膜,但是DMFC以液态甲醇为燃料,与氢燃料电池相比,DMFC在电池系统构造、燃料来源等诸多方面均有一定的优势。其阳极催化剂可以直接从液态甲醇中提取氢分子无需燃料重组器(Reformer),所以高纯度甲醇可以直接用作电池的燃料。同时还能有效减少电池的尺寸,简化系统结构,因而更适合作为便携式电源用于民用工业和军事工业中,如可用于电动汽车、电动自行车、移动电话、笔记本电脑中。
和目前的二次电池相比,DMFC具备燃料电池的一贯优势。DMFC的理论功率密度是4780 Whr/L,远高于镍氢的200
Whr/L、锂离子的310 Whr/L ,因而可以支持更长的工作时间。另外有别于二次电池蓄电/放电的工作机制,燃料电池可以说是能源转换器,只要将燃料持续供应即可源源不绝的持续产生电力,不会有电力中断或更换电池的考虑。并且DMFC公司也在考虑通过混合电源的方式逐步让人们接受燃料电池,这种方式混合动力汽车中已经得到积极的验证。混合电源是将燃料电池和储能装置(如超级电容或电池)组合,燃料电池将提供恒定的功率,而靠电容或电池来满足峰值功率方面的要求。
燃料电池的产业链包括材料、组件、子系统和系统四部分,多数著名的电子消费品公司都在从事DMFC燃料电池系统的研究,以便保证自己的电子产品在未来的竞争力,例如日本的三洋、索尼、东芝和富士通韩国的三星和LG,中国的比亚迪。也有一些专门从事系统开发的公司,包括美国的MTI
Micro Fuel Cells、Angstrom Power、我国台湾的Antig公司、摩托罗拉投资的加拿大Tekion
Inc公司等等。这类公司大都通过和大型电子公司合作的方式共同开发,像MTI Micro就和韩国三星结成独家联盟,MTI
Micro将利用名为“Mobion”的DMFC技术为三星的手机业务开发下一代燃料电池原型。
从工作原理不难看出,催化剂、电极、隔膜和电解质是燃料电池的主要材料。各种燃料电池工作原理基本相似,其分类是由电
解质的材料决定的。目前广泛研发的燃料电池有质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、碱性燃料电池(AFC)、磷
酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等。另外,由于工作温度和发电功率的不同(表
1),燃料电池的应用领域也可以分为四种:便携式电子产品,包括笔记型计算机、数字相机、手机、PDA等;住宅发电,既是住宅或
备用电源;运输交通工具,汽车、巴士等;大型发电大楼发电、小型及大型发电厂。
其中,PEMFC因其不经过燃烧直接以电化学反应连续地把燃料和氧化剂中的化学能直接转换成电能,具有能量转换效率高(一般
都在40%~60%,而内燃机仅为18%~24%)的优点,成为应用非常广泛的技术,尤其是在汽车用燃料方面,PEMFC的应用接近该市场的
100%。
另外颇受关注的是DMFC,它同属于PEMFC,都是采用聚合物阻隔膜,但是DMFC以液态甲醇为燃料,与氢燃料电池相比,DMFC在电
池系统构造、燃料来源等诸多方面均有一定的优势。其阳极催化剂可以直接从液态甲醇中提取氢分子无需燃料重组器(Reformer),
所以高纯度甲醇可以直接用作电池的燃料。同时还能有效减少电池的尺寸,简化系统结构,因而更适合作为便携式电源用于民用工
业和军事工业中,如可用于电动汽车、电动自行车、移动电话、笔记本电脑中。
和目前的二次电池相比,DMFC具备燃料电池的一贯优势。DMFC的理论功率密度是4780 Whr/L,远高于镍氢的200 Whr/L、锂离子
的310 Whr/L ,因而可以支持更长的工作时间。另外有别于二次电池蓄电/放电的工作机制,燃料电池可以说是能源转换器,只要将
燃料持续供应即可源源不绝的持续产生电力,不会有电力中断或更换电池的考虑。并且DMFC公司也在考虑通过混合电源的方式逐步
让人们接受燃料电池,这种方式混合动力汽车中已经得到积极的验证。混合电源是将燃料电池和储能装置(如超级电容或电池)组合
,燃料电池将提供恒定的功率,而靠电容或电池来满足峰值功率方面的要求。
燃料电池的产业链包括材料、组件、子系统和系统四部分,多数著名的电子消费品公司都在从事DMFC燃料电池系统的研究,以
便保证自己的电子产品在未来的竞争力,例如日本的三洋、索尼、东芝和富士通韩国的三星和LG,中国的比亚迪。也有一些专门从
事系统开发的公司,包括美国的MTI Micro Fuel Cells、Angstrom Power、我国台湾的Antig公司、摩托罗拉投资的加拿大Tekion
Inc公司等等。这类公司大都通过和大型电子公司合作的方式共同开发,像MTI Micro就和韩国三星结成独家联盟,MTI Micro将利用
名为“Mobion”的DMFC技术为三星的手机业务开发下一代燃料电池原型。
可以看到传统的工频UPS由整流器、逆变器、静态旁路、维修旁路、逆变输出变压器组成。这里逆变输出变压器是UPS的必要组成部分,其作用是升压。这是因为UPS有一个重要的功能就是稳压,而整流、逆变两次变换均为降压环节(功率晶体管的管压降及各种损耗引起),另外还需要考虑市电电压低时,也要保证稳定不变的输出电压,所以UPS内部必须有一个环节用于升压,而逆变输出变压器就是用来实现这一功能的。
这里有一个很重要的概念:由于UPS输出在任何时候都需要输出稳定的电压,因此UPS内部必须有一个升压的环节。
1.2 高频机概念的出现
上世纪90年代之前,没有高频UPS和工频UPS的称谓问题。高频机的概念出现在90年代后期,这个时候UPS技术出现了一次革命,即出现了不带逆变输出变压器的UPS。其典型的拓扑结构如图2所示。
目前燃料电池有哪些主流技术路线?
电动汽车的关键能源动力技术包括电池系统、电机技术、控制器。电池系统、电机技术和控制器是电动汽车所特有的技术,也是对车厂来说需要掌控的技术核心。
电池系统是电动汽车的动力源泉,也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要能与燃油汽车进行竞争,最关键的就是要做出比能量高、比功率大、使用寿命长、重量轻的高效能电池。
电动汽车用电池经历了三代的发展,从早期的铅酸电池到现在大热的锂离子电池,再到燃料电池,技术持续进步,电池性能也在不断优化。目前广泛应用于燃料电池汽车的是质子交换膜燃料电池PEMFC (也叫氢燃料电池),它以纯氢为燃料,具备能量转换效率高、噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等性能优势。
全球以燃料电池为主营业务的厂商不多,主要集中在欧美国家和日本。除此之外,各大车厂都有燃料电池研发和生产部门,为燃料电池汽车配套。根据百度图片及数据,主流的燃料电池厂商包括美国Fuel Cell Energy、美国BE布鲁姆能源、加拿大Ballard、美国Plug Power等。
一、氢燃料电池是燃料汽车动力应用的主流路线
就燃料电池本身来说,其主要是通过电解质区分。根据电解质的不同,常用的燃料电池可以分为五大类:质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和磷酸燃料电池。
而燃料电池所需要的燃料有氢气、天然气、沼气,甚至甲醇等,目前看来,氢燃料是最被寄予期望的一种燃料。它燃烧放出的热量高,燃烧产物是水,不污染环境,制备的原料是水,资源无约束。一般来说,氢燃料电池主要是指质子交换膜燃料电池。
通过与传统工频UPS的拓扑原理图比较,可以看出这种UPS通过在整流部分增加BOOST斩波器,将整流后的直流提升到UPS输出所需的电压,从而省掉了逆变器后面的输出变压器,即以直流升压取代了经典的UPS变压器交流升压。
这种UPS的优点是省掉了逆变器输出变压器,极大地节省了成本,减小UPS的占地面积和重量。另外,由于在斩波升压环节增加了功率因数校正功能,使这种UPS具有非常好的输入功率因数。

销售:王浩
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