284 工程科学学报，第42卷，第3期 统的研制 2.3辅助动力装置（Auxiliary power units, 2.2微型热电联供系统（m-CHP) APUs 微型热电联供系统(m-CHP)的发电规模通常 燃料电池应用的一个重要领域就是交通运 为1~5kW,可直接将天然气转化的电能和热能供 输领域.近年来随着锂电池和质子交换膜燃料电 给单个用户使用，当电力富余时可将电力售给电 池(PEMFC)的快速发展，使得电池在交通领域取 网，这种分散式的热电联供系统大大节省了一次 代内燃机成为未来的主流方向.SOFC与PEMFC 能源消耗，提升了能源利用效率.日本和欧洲是发 相比可以使用传统燃料，但其启动时间较长，因 展微型热电联供系统的两个主要区域，其较为著 此适合作为豪华汽车、休闲车及重型卡车的辅助 名的示范项目分别为Ene-farm和Ene-field.日本 动力装置.目前开发SOFC-APUs的具有代表性 开发出SOFC-mCHP系统的公司有：JX Nippon Oil 的公司包括Delphi公司及Topsoe公司.Delphi公 and Energy和Aisin采用Kyocera的扁管式SOFC 司开发的第三代电池堆已成功应用于Peterbilt 电堆，最新一代的SOFC-mCHP系统发电效率可 384型卡车上的辅助动力装置，该装置可产生 达53%2叨欧洲是另一个大力发展m-CHP的主要 1.5kW峰值功率，系统效率达到25%.目前Delphi 区域.具有代表性的开发SOFC-CHP产品的公司 开发的第四代电堆（图6）工作温度为750℃，发 有瑞士的Sulzer Hexis(Galileo100oN产品)、英国 电功率为9kW,发电效率40%~50%8另外一 的Ceres Power、意大利的Soildpower(BuleGen产品)、 家走在SOFC-APU技术开发前列的公司是丹麦 丹麦的Topsoe FuelCell、德▣Bosch Thermotechnology 的Topsoe公司，由EU-FCHU资助的DESTA项 (CERAPOWER产品)等 目，其合作伙伴包括AVL、Eberspacher、Volvo和 (b) 图6 Delphi燃料电池堆(a)三代电堆：(b)四代电堆 Fig.6 Delphi's SOFC stack!s:(a)generation-3 stack;(b)generation-4 stack Forschungszentrum Julich,该SOFC-APUs可通过 2.4便携式电源 传统燃料以30%的发电效率提供3kW的电力输 便携式电子产品通常需要几毫瓦到几百瓦的 出，该项目通过Volvo提供的重型卡车进行示范 电力供应，目前应用较多的包括镍氢电池、锂离子 (如图7所示)，38 电池及PEMFC,目前基于SOFC的微型发电系统 也在扩展到便携式电源领域，这主要是因为 SOFC具有更高的比功率密度，微管式SOFC可满 足启动迅速的要求，另外还可使用传统燃料.目前 国际上进行微管式SOFC开发的公司包括：美国 的Ultra Electronics AMI、Lilliputian Systems和 Acumentrics公司，日本的TOTO及Atsumitec公司， 英国的Adelan公司.Ultra Electronics AMI开发便 携式SOFC的行业领导者，其开发的250W的 PowerPod燃料电池已于无人地面车辆(UGV)上进 行了广泛测试B,其开发的ROAMIO D245XR燃 料电池系统已用于美国陆军的无人机系统，在不 因7 DESTA项目示范的集成到重型卡车的SOFC-APU5,调 补充燃料的情况下飞行超过10ho(如图8(a)所示). Fig.7 Photographs of a heavy-duty truck equipped with SOFC-APU for Atsumitec公司开发的I00W的便携式SOFC发电 the DESTA project 系统，其质量小于10kg,体积为30L(如图8(b)所示)统的研制[19] . 2.2    微型热电联供系统（m-CHP） 微型热电联供系统（m-CHP）的发电规模通常 为 1～5 kW，可直接将天然气转化的电能和热能供 给单个用户使用，当电力富余时可将电力售给电 网，这种分散式的热电联供系统大大节省了一次 能源消耗，提升了能源利用效率. 日本和欧洲是发 展微型热电联供系统的两个主要区域，其较为著 名的示范项目分别为 Ene-farm 和 Ene-field. 日本 开发出 SOFC-mCHP 系统的公司有：JX Nippon Oil and  Energy 和 Aisin 采 用 Kyocera 的扁管 式 SOFC 电堆，最新一代的 SOFC-mCHP 系统发电效率可 达 53% [27] . 欧洲是另一个大力发展 m-CHP 的主要 区域，具有代表性的开发 SOFC-mCHP 产品的公司 有瑞士的 Sulzer Hexis（Galileo 1000N 产品）、英国 的Ceres Power、意大利的Soildpower（BuleGen 产品）、 丹麦的Topsoe Fuel Cell、德国Bosch Thermotechnology （CERAPOWER 产品）等. 2.3    辅 助 动 力 装 置 （ Auxiliary  power  units, APUs） 燃料电池应用的一个重要领域就是交通运 输领域. 近年来随着锂电池和质子交换膜燃料电 池（PEMFC）的快速发展，使得电池在交通领域取 代内燃机成为未来的主流方向. SOFC 与 PEMFC 相比可以使用传统燃料，但其启动时间较长，因 此适合作为豪华汽车、休闲车及重型卡车的辅助 动力装置. 目前开发 SOFC‒APUs 的具有代表性 的公司包括 Delphi 公司及 Topsoe 公司. Delphi 公 司开发的第三代电池堆已成功应用 于 Peterbilt 384 型卡车上的辅助动力装置 ，该装置可产生 1.5 kW 峰值功率，系统效率达到 25%. 目前 Delphi 开发的第四代电堆（图 6）工作温度为 750 ℃，发 电功率为 9 kW，发电效率 40%～50% [18] . 另外一 家走在 SOFC‒APU 技术开发前列的公司是丹麦 的 Topsoe 公司 ，由 EU-FCH JU 资助的 DESTA 项 目，其合作伙伴包括 AVL、 Eberspächer、Volvo 和 Forschungszentrum  Jülich， 该 SOFC ‒APUs 可通过 传统燃料以 30% 的发电效率提供 3 kW 的电力输 出，该项目通过 Volvo 提供的重型卡车进行示范 （如图 7 所示）[15,38] . 2.4    便携式电源 便携式电子产品通常需要几毫瓦到几百瓦的 电力供应，目前应用较多的包括镍氢电池、锂离子 电池及 PEMFC，目前基于 SOFC 的微型发电系统 也 在 扩 展 到 便 携 式 电 源 领 域 ， 这 主 要 是 因 为 SOFC 具有更高的比功率密度，微管式 SOFC 可满 足启动迅速的要求，另外还可使用传统燃料. 目前 国际上进行微管式 SOFC 开发的公司包括：美国 的 Ultra  Electronics  AMI、 Lilliputian  Systems 和 Acumentrics 公司，日本的 TOTO 及 Atsumitec 公司， 英国的 Adelan 公司. Ultra Electronics AMI 开发便 携 式 SOFC 的行业领导者 ，其开发 的 250 W 的 PowerPod 燃料电池已于无人地面车辆（UGV）上进 行了广泛测试[39] ；其开发的 ROAMIO D245XR 燃 料电池系统已用于美国陆军的无人机系统，在不 补充燃料的情况下飞行超过 10 h[40] （如图 8（a）所示）. Atsumitec 公司开发的 100 W 的便携式 SOFC 发电 系统，其质量小于 10 kg，体积为 30 L（如图 8（b）所示）. (a) (b) 图 6    Delphi 燃料电池堆[18] . （a）三代电堆；（b）四代电堆 Fig.6    Delphi’s SOFC stack[18] :  (a) generation-3 stack; (b) generation-4 stack 图 7    DESTA 项目示范的集成到重型卡车的 SOFC‒APU[15,38] Fig.7    Photographs of a heavy-duty truck equipped with SOFC‒APU for the DESTA project[15,38] · 284 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期