车载供氢系统发展现状及展望

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23168

摘要/Abstract

摘要：

目的车载供氢系统作为氢燃料电池汽车的核心部件，如何实现供氢系统的氢气完全循环利用及提高氢气利用率，已成为制约氢燃料电池汽车发展的关键瓶颈之一，因此对车载供氢系统发展现状进行了分析。方法介绍了车载供氢系统的基本工作原理，概述了6种回氢循环供氢系统与2种非循环供氢系统模式的结构组成、工作原理和发展现状，对比了不同模式供氢系统的优缺点；梳理了车载供氢系统中储氢瓶、加氢模块、组合阀等关键部件的技术现状，并对减压阀、过流阀、手动阀等核心阀件发展现状进行了分析；最后，对车载供氢系统的发展趋势和攻关方向进行了展望。结论供氢系统循环模式是未来主要发展方向；先进信息技术、自动控制技术及智能决策算法等将逐步用于车载供氢系统；车载供氢系统各部件逐渐向轻量化、高可靠性、低成本、标准化和模块化方向发展。

关键词: 氢燃料电池, 氢能, 车载供氢系统, 回氢循环, 供氢模式, 储氢, 组合阀

Abstract:

Objectives The onboard hydrogen supply system serves as a core component of hydrogen fuel cell vehicles. How to achieve complete hydrogen gas recycling and improve hydrogen utilization efficiency have become one of the key bottlenecks limiting the development of hydrogen fuel cell vehicles. Therefore, an analysis of the current development status of onboard hydrogen supply systems is conducted. Methods This paper introduces the basic working principles of onboard hydrogen supply systems, and summarizes the structure, working principles, and development status of six types of hydrogen-recycling supply systems and two types of non-recycling supply systems. The advantages and disadvantages of different hydrogen supply system modes are compared. The technical status of key components in onboard hydrogen supply systems, such as hydrogen storage cylinders, hydrogen refueling modules, and combination valves is reviewed. Additionally, the development status of core valves such as pressure relief valves, overcurrent valves, and manual valves is analyzed. Finally, the development trends and research directions for onboard hydrogen supply systems are discussed. Conclusions The recycling mode of hydrogen supply systems is the main development direction for the future. Advanced information technologies, automatic control technologies, and intelligent decision-making algorithms will be gradually applied to onboard hydrogen supply systems. The components of onboard hydrogen supply systems will gradually evolve towards lightweight, high reliability, low cost, standardization, and modularization.

Key words: hydrogen fuel cell, hydrogen energy, onboard hydrogen supply system, hydrogen recovery cycle, hydrogen supply modes, hydrogen storage, combination valves

中图分类号:

TK 91

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图/表 11

图1 供氢系统结构组成及原理流程

Fig. 1 Structural and principle flow of hydrogen supply system

图2 单引射器回氢模式

Fig. 2 Single-injector hydrogen recovery mode

图3 双引射器回氢模式

Fig. 3 Dual-injector hydrogen recovery mode

图4 单循环泵回氢模式

Fig. 4 Single-circulation pump hydrogen recovery mode

图5 循环泵与引射器结合模式

Fig. 5 Combined mode of circulating pump and injector

图6 喷射器与引射器并联回氢模式

Fig. 6 Parallel hydrogen recovery mode of injector and ejector

图7 压力回氢模式原理

Fig. 7 Principle of pressure hydrogen recovery mode

图8 直排流通模式原理

Fig. 8 Principle of straight-through flow mode

图9 死端模式原理

Fig. 9 Principle of dead-end mode

表1 储氢瓶性能对比

Tab.1 Performance comparison of hydrogen storage cylinders

参数	Ⅰ型	Ⅱ型	Ⅲ型	Ⅳ型
材质	纯钢质金属	钢制内胆纤维	铝内胆纤维	塑料内胆纤维
工作压力/MPa	17.5~20.0	26.3~30.0	30.0~70.0	>70
质量体积比/(kg⋅L^-1)	0.90~1.30	0.60~0.95	0.35~1.00	0.30~0.80
使用寿命/a	15	15	15~20	15~20
储氢密度/(g⋅L^-1)	14.28~17.23	14.28~17.23	40.40	48.80
可否车载	否	否	是	是
成本	低	中等	最高	高
发展状况	国内外技术成熟	国内外技术成熟	国内外技术成熟，国内已商业化	国外技术成熟，国内已开发出产品

图10 组合阀原理

Fig. 10 Principle of combination valves

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