第四章燃料电池电动汽车ppt课件

1、第 四 章 燃料电池电动汽车现代电动汽车技术.主要内容概述燃料电池系统的组成和任务原理燃料电池电动汽车的系统组成和任务原理燃料电池汽车的关键问题典型的燃料电池车构造.1、概述1.1 概念 燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是经过氢气和氧气的化学作用，而不是经过熄灭，直接变成电能获得。 甲醇、天然气和汽油也可以替代氢从这些物质里间接地提取氢，不过将会产生极度少的二氧化碳和氮氧化物。.1.2 燃料电池电动汽车的特点优势：1任务效率高 以氢气为燃料的FCV效率可到达50%70%左右，甲醇重整产生氢气的FCV效率可达30%左右，内燃机汽车的效率为11%左右。2节能、环保3构造简单和运转平稳面临

2、问题：1造价高 2氢气的储存、制备和运输3加氢站等根底设备建立.1.3 燃料电池汽车开展现状在众多的新能源汽车中，燃料电池汽车因其具有零排放、效率高、燃料来源多元化、能源可再生等优势而被以为是未来汽车工业可继续开展重要方向，是处理全球能源问题和气候变化的理想方案。国际燃料电池汽车现已进入技术与市场示范阶段。我国燃料电池汽车面临着开展后劲缺乏，技术创新突破难、产业化根底薄弱、专业人才缺乏等难题，严重妨碍了我国燃料电池汽车技术提高。.1.3.1 国外燃料电池汽车开展现状2021年，欧盟同意燃料电池和氢能技术工程行动方案，方案拿出4.7亿欧元继续资助燃料电池汽车及根底设备技术研发。德国政府高度注重燃

3、料电池汽车及氢能研发，拟与企业结合资助14亿欧元用于燃料电池汽车、氢能等关键技术研发。日本政府在过去30年时间内先后投入上千亿日元用于燃料电池汽车和氢能的根底科学研讨、技术攻关和示范推行。2021年1月，包括丰田、本田、尼桑等在内的日本13家汽车和能源企业共同决议在东京、大阪、名古屋和福冈四大都市圈的市区和高速公路上建立100座加氢站，并经过完善设计、改善消费技术等方法大幅降低燃料电池汽车消费本钱，培育燃料电池汽车市场。.美国政府对燃料电池汽车支持在布什任职期间到达顶峰，在奥巴马政府期间，美国能源部宣布从美国振兴方案中拨款4190万美圆支持燃料电池特种车的研发和示范，另在2021年美国财政预算

4、中安排5000万美圆用于燃料电池和氢能技术研发。加拿大、韩国、澳大利亚、巴西、法国和英国等国家政府积极支持燃料电池汽车和氢能研发。2021年，戴姆勒、福特、通用、丰田、本田和现代汽车6个世界主要汽车公司签署备忘录，继续开展燃料电池汽车研发，方案于2021大力推行燃料电池汽车，并快速构成几十万辆燃料电池汽车保有量。.经过长时间、继续稳步的支持，国外燃料电池汽车产品的可靠性、环境顺应性(如低温启动性能)获得了艰苦突破，示范运转不断深化，并陆续推出用于租赁商业化示范的先进燃料电池汽车，燃料电池汽车进入技术与市场示范阶段。产品本钱控制与配套根底设备建立成为制约燃料电池汽车商业化推行主要要素。.在国家“

5、十五“863方案电动汽车关键技术艰苦科技专项和“十一五节能与新能源汽车艰苦工程支持下，我国燃料电池汽车技术研发获得重要进展，根本掌握了整车、动力系统与关键零部件的中心技术；建立了具有自主知识产权的燃料电池汽车动力系统技术平台；构成了燃料电池发动机、动力电池、DC/DC变换器、驱动电机、储氢与供氢系统等关键零部件配套研发体系，具有百量级燃料电池汽车动力系统平台与整车消费才干。1.3.2 国内燃料电池汽车开展现状.研制的“超越系列、“上海牌、“帕萨特、“奔腾、“志翔等燃料电池汽车经受住了大规模、高温、大强度示范考核，成效果劳于2021北京奥运会和2021年上海世博会。.1.3.3 国内外技术形状对

6、比分析1、燃料电池汽车车型开发平台国外曾经由基于传统车辆平台改造构成燃料电池车方式走向为燃料电池汽车打造全新整车平台阶段，如本田汽车公司Clarity，丰田汽车公司FCHV，戴姆勒飞驰公司F-Cell和通用公司Chevrolet Equinox。在国内，以上汽股份、上海群众、一汽、长安、奇瑞等公司为代表开发的燃料电池轿车均基于传统内燃机车辆进展改制，尚未掌握燃料电池汽车公用车身开发、底盘开发、底盘动力学自动控制等关键技术，与国外存在较大差距。燃料电池整车集成技术.燃料电池整车集成技术.2、车辆动力性能 主要受限于燃料电池功率输出程度和整车集成及轻量化技术程度，我国燃料电池汽车整车加速性能明显低

7、于世界主流燃料电池汽车加速性能。3、车辆续驶里程 到目前为止，我国根本掌握了35MPa高压储氢和加注系统关键技术，实现高压氢气瓶等部件国产化开发，但某些关键阀门、传感器还依赖进口，70MPa氢气存储关键技术和关键部件依然处在研发阶段，其直接制约了我国燃料电池汽车续驶里程提高。4、整车燃油经济性程度、车外噪声程度 我国燃料电池汽车与国外同类型汽车处于同一程度甚至领先位置。燃料电池整车集成技术.1、集成度我国轿车用燃料电池发动机输出功率等级、功率密度等性能参数明显低于国外同类型燃料电池汽车用燃料电池技术性能。2、环境顺应性 低温冷启动性能3、可靠性及寿命4、本钱控制关键技术研讨 国外一方面研讨低铂

8、燃料电池技术，减少催化剂用量，另一方面研讨催化剂抗毒性，降低其运转本钱，同时还开发非铂催化剂来替代贵重金属Pt。燃料电池发动机技术燃料电池堆质量功率密度体积功率密度国外1600W/kg2700W/L国内700W/kg1000W/L. 目前国外主流燃料电池汽车车型均采用70MPa的氢气存储和供应系统； 国内燃料电池汽车的高压氢气存储系统压力依然维持在35MPa程度，这一定程度上影响了我国燃料电池汽车整车续驶里程才干。 国内35MPa的氢气存储和供应系统中的传感器、阀门等零件还依赖进口，直接导致氢气存储与供应系统本钱过高。高压储氢系统技术.燃料电池大客车1.4 燃料电池车例如 .Fuel Cell

9、 Bus of Daimler-Chrysler.外形尺寸 (mm):11,0702,4903,420 满载总质量 (kg)：15,000载客数人：50最高车速 (km/h)：70最大爬坡度：15%加速性能 (050km/h)：30s续驶里程 (km)： 200 (40km/h匀速，储氢瓶压力15MPa)燃料电池城市客车设计参数.Chinese National FCB Demonstration 超越8000km 的道路行驶实验2004年5月27日在天安门广场展现.整车外型与颜色设计.整车性能目的性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大爬坡度（）18050km/h加速时间(s)30.

10、90一次加氢(40km/h匀速)续驶里程(km)568.7(按35MPa计算）氢消耗量（kg/100km)4.848等效油耗（汽油L/100km)18.3加速车外噪声（dB(A)）76.3.汽车爬坡实验.Performances Motor power：24kW (60 kW)FCE power： 30 kWBattery ： 50AHMax speed： 110 km/hGrade ability ： 20Acceleration：15.9sRange ： 220 kmEfficient： 0.98 kg/100km.2、燃料电池系统的组成和任务原理2.1 燃料电池引见 燃料电池Fuel C

11、ell是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电安装，是电化学反响的发生器。按电解质类型不同，燃料电池可分为：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池.2.2 燃料电池的任务原理组成：膜电极阳极、阴极、质子交换膜和集流板.反响过程：1氢气经过管道或导气板到达阳极。2在阳极催化剂的作用下，一个氢分子分解为两个质子，并释放出两个电子，阳极反响为 3在电池的另一端，氧气经过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子经过外电路也到达阴极。电子在外电路的衔接下构成电流。4在阴极催化剂的作用下，氧和氢离子与电子发生反响生成

12、水，阴极反响为电池总反响： .2.3 燃料电池发电系统单独的燃料电池堆是不能发电并运用于汽车的，它必需和燃料供应与循环系统、氧化剂供应系统、水/热管理系统和一个能与上述各系统协调任务的控制系统组成为燃料电池发电系统，才干对外输出功率。分类：增压式常压式.燃料电池发电系统的主要研讨热点包活：1运用轻质燃料，优化设计，提高燃料电池系统的比功率；2提高质子交换膜燃料电池系统的快速冷启动才干和动态反响性能；3研讨具有负荷跟随才干的燃料处置器，提高系统的任务可靠性。.车载燃料电池系统必需满足以下几点要求：1能保证在常温下任务，并且电化学性能不变；2为满足汽车功率需求，能提供较高的电流密度；3具有良好的免

13、维护性能；4耐振性和耐冲性能好；5可以从低负荷到高负荷进展高效率运转；6可以放置在冰点以下环境中。.按燃料的供应方式不同，燃料电池发电系统分为直接和间接供氢型。直接供氢就是直接用氢作燃料，没有中间重整过程。间接供氢是经过重整安装先将氢从其他方式的燃料中分别出来。车载纯氢储存方法主要分为：高压氢气储存、液态氢储存、金属储氢、活性炭吸附储氢和碳纳米资料储氢。车载制氢需求内部高温的燃料处置器，经过重整或部分氧化等方式由燃料中获得氢。醇类：甲醇、乙醇、二甲醚等；烃类：柴油、汽油、甲烷等。.3、燃料电池电动汽车的系统组成和任务原理燃料电池电动汽车是以燃料电池系统作为动力源或主要动力源的车辆。按照驱动方式

14、：分为纯燃料电池驱动和混合驱动。按照燃料电池系统的能量来源：分为车载纯氢和燃料重整。.3.1 燃料电池单独驱动汽车动力系统优点：1系统构造简单，便于实现系统控制；2系统部件少，有利于整车的轻量化；3较少的部件使得整体的能量传送效率高，从而提高整车的燃料经济性。缺陷：1燃料电池的功率大，本钱高；2对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求；3不能进展制动能量回收。.3.2 燃料电池混合动力电动汽车动力系统组成：燃料电池系统、DC/DC转换器、辅助动力源、驱动电机以及各相应的控制器，机械传动与车辆各行驶机构等。FC+BFC+CFC+B+C.FC+B型燃料电池电动汽车的特点：优点：1降低对燃料

15、电池的功率要求；2燃料电池可在比较好的设定的任务条件下任务，任务时效率较高；3系统对燃料电池的动态呼应性能要求较低；4汽车的冷起动性能好；5实现制动能量的回馈。缺陷：1动力电池使整车质量添加，动力性和经济性遭到影响；2动力电池充放电过程会有能量损耗；3系统变得复杂，系统控制和整体布置难度添加。.采用FC+B的双动力源构造的主要缘由：1当前燃料电池的动态性能欠佳，而汽车的而任务形状总是在较大的范围内动态变化，燃料电池不能随时满足汽车的功率需求，添加辅助电池可以起到快速调理功率的作用。2燃料电池最正确负荷率在额定功率20%40%的范围内，为了实现整车能量效率最正确，添加辅助电池调理燃料电池的功率输

16、出，可使其任务点尽量坚持在效率最正确的范围内。3目前燃料电池的本钱还很高，从降低整车价钱的方面来思索，适当减小燃料电池的额定功率，用辅助电池来弥补缺乏的功率输出，可以在一定程度上降低整车本钱。.FC+C型燃料电池电动汽车优点：寿命长和效率高，可以大大降低运用本钱，有利于燃料电池汽车的商业化推行。.FC+B+C型燃料电池电动汽车优点：燃料电池能量输出较为平缓，随时间变化动摇较小，能量需求变化的低频部分由动力电池承当，能量需求变化的高频部分由超级电容承当。缺陷：添加超级电容，整个系统的质量将能够添加；系统更加复杂化，系统控制和整体布置的难度也随之增大。.燃料电池汽车不同动力驱动系统构造特性比较动力

17、系统结构FC单独驱动FC+B能量混合型FC+B+C功率混合型结构特点结构最简单无法实现制动能量回收结构较为复杂动力电池质量、体积较大结构复杂动力电池质量、体积较小燃料经济性最差较优最优燃料电池寿命与安全性当汽车功率需求较大时，燃料电池易发生过载，难以满足动态响应要求，系统寿命较短当汽车功率需求较大时，燃料电池发生过载概率小，系统寿命长汽车功率需求较大时，燃料电池可控制在最高效率点恒功率输出，不易发生过载，系统寿命长.3.3 整体构造与设计.混合动力燃料电池大客车原理.系统构型上海神力燃料电池130kW双向DCDC放电：50kW充电：20kW镍氢或锂离子电池80100Ah200250V驱动电机额

18、定100kW最大180kW目的样车.丰田燃料电池车市客车FCHV .戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车 .4、燃料电池车的关键问题4.1 经济性节省耗氢，匹配优化4.2 平安性技术难点：耗氢估计.氢平安电平安构造平安高电压大电流人体触电防护电磁波对周边影响氢走漏滞留氢易燃易爆性氢脆性高压储氢系统的碰撞维护高压电系统的碰撞维护轻量化带来的构造强度问题.照片 1 时间: 0分, 0 秒 氢燃料车辆在左边，汽油车辆在右边 .照片 2 时间: 0分, 3 秒 两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min.照片 3 时间: 1分, 0 秒，氢流量减退，汽油车火焰扩展.照片4 时间: 1

19、分, 30 秒，.照片 5 时间: 2 分, 20 秒 内部爆燃 .照片 6 时间: 2 分, 40 秒 驾驶座侧后轮胎爆裂.照片 7 时间: 2 分, 40 秒 驾驶座侧后轮胎爆裂的残片飞到乘客侧.抗冲击测试左边是高空坠落，右边是枪击 .高压氢气罐耐高温测试 抗冲击测试后进展评价 .4.3 可靠性4.4 供氢 1车载制氢2车载纯氢 1高压氢气储存2液态氢储存3金属氢化物储氢4活性炭吸附贮氢5碳纳米资料贮氢.存氢方法高压氢液 氢金属储氢活性炭纳米碳管氢气纯度纯氢高纯氢超纯氢超纯氢超纯氢要 求99%99.999%99.9999%99.9999%99.9999%表2.3 各储氢方法对氢气纯度的要求.4.5 控制系统 燃料电池城市客车动力系统主要由燃料电池发动机、动力蓄电池、DC/DC变换器、能量控制单元、电机等及其控制系统组成。线传操控系统 .4.6 开展前景 .5、典型的燃料电池车构造5.1 通用Autonomy燃料电池概念车以氢为原料，滑板一样的平坦底盘，车轮、车身加底盘构成。.5.2 现代i-Blue燃料电池电动概念车氢动力、零排放 。现代公司设计的第一款完全运