氢电混合动力电动汽车研究与展望课件

1、氢电混合动力电动汽车研究与展望课件氢电混合动力电动汽车研究与展望课件从GEF/UNDP 燃料电池公共汽车示范可行性论证(1996.10-2008.7)，到电动汽车到新能源汽车示范应用（2001-2011）前言从GEF/UNDP 燃料电池公共汽车示范可行性论证(1996燃料电池汽车动力系统设计储氢容器Hydrogen cylinder 超级电容器Supercapacitor燃料电池发动机Fuel cell engineDC-DCMotor冷却器Cooling 氢气加注口Hydrogen filling port燃料电池汽车动力系统设计储氢容器超级电容器燃料电池发动机DC“创新一号”燃料电池巴士在

2、上海交通大学建校110周年庆在闵行校园内运行“创新一号”燃料电池巴士在上海交通大学建校110周年庆在闵行2008北京奥运会燃料电池汽车2008北京奥运会期间，上海汽车集团开发了20辆帕萨特领驭燃料电池轿车组成燃料电池引导车队。另外有3辆燃料电池巴士在运行。 2008北京奥运会燃料电池汽车2008北京奥运会期间，上海汽世博会期间，共有196辆燃料电池汽车在运行中，是所有新能源汽车中表现最稳定的。90辆燃料电池轿车6辆燃料电池巴士100燃料电池观光车2010上海世博会燃料电池汽车世博会期间，共有196辆燃料电池汽车在运行中，是所有新能源汽In January 2011, Shanghai was

3、selected as the electric vehicle (EV) international pilot city. By 2010, over 10,000 EVs have been deployed. 13,000 charging piles, 15 charging/battery swapping stations, 3 H2 refueling stations will be built, and 7181 NEV were produced in 2010. Combining the subsidy policy for private electric vehi

4、cles (EVs) purchase in China and Shanghai EV typesBusCarShanghaiFCEV￥600,000 ￥ 250,000AEV ￥ 500,000 ￥ 60,000+￥40,000PHEV ￥ 420,000 ￥ 50,000+￥20,000Note: Central government subsidy level: 3000RMB/kWh; Shanghai city subsidy level 2000RMB/kWhIn January 2011, Shanghai was 氢能是可再生能源和用户的最好桥梁氢可以将可再生能源的多余电力储

5、存起来氢可以将风能的低质量电力变成优质电源氢能可以使风能免除电网份额的限制氢能可将再生能源的电变为汽车的动力8车载储能技术演变过程100年储电（蓄电池）储油箱（汽柴油）储电（蓄电池）+储油?(HEV) 储氢+燃料电池？氢能是可再生能源和用户的最好桥梁氢可以将可再生能源的多余电力未来汽车动力特点：能量多样性未来汽车动力特点：能量多样性车载储能密度比较Battery improvements are expected, but still 100X lower density than liquid fuel. Hydrogen has significantly higher storage d

6、ensity than batteries 车载储能密度比较Battery improvements aWeight & Volume of Energy Storage System for 300 mile Range车载储能系统重量与体积比较Weight & Volume of Energy StorApplication Map Meeting Customer Needs There is no single silver bullet 氢电混合动力电动汽车研究与展望课件实施时间：2009.4-2013.1Hawaii Hydrogen Power Park实施时间：2009.4-2

7、013.1Hawaii Hydro车载储能技术：新能源汽车核心蓄电装置储氢装置燃料电池堆电动机多能源控制器氢电混合燃料电池汽车动力基本结构车载储能技术：新能源汽车核心蓄电装置储氢装置燃料电池堆电动机氢电混合动力电动汽车研究与展望课件GM Project Driveway Vehicle Deployment Real World ExperienceGM Project Driveway Vehicle DeGM has developed 100 fuel cell vehicles. This fuel cell vehicles are running in NY, CA and CT

8、state in US. Fuel cell technology is ready for commercialization.GM has developed 100 fuel celUTC Power Transit Bus Fuel Cell System Sets Durability RecordUTC Powers latest-generation PureMotion(r) System Model 120 fuel cell powerplants for hybrid-electric transit buses has surpassed 10,000 operatin

9、g hours in real-world service with its original cell stacks and no cell replacements. This powerplant is aboard an Alameda-Contra Costa Transit District (AC Transit) bus operating in the Greater Oakland, Calif. area. (August 10, 2011)UTC Power Transit Bus Fuel CelToyota Aims for $50,000 Fuel-Cell Ca

10、r by 2015May 7, 2010: Toyota says it has cut the cost of building fuel-cell vehicles by 90 percent and could sell its first hydrogen vehicle for $50,000 by 2015/autopia/2010/05/toyota-50000-fuel-cell-vehicle/Toyota Aims for $50,000 Fuel-C上海牌燃料电池车荣威750大容量蓄电池在电源上慢充6-8小时即可充满是一款量产可能性较大的EV电动车型采用了串联式的混合动力

11、驱动结构搭载的上汽自主研发的超越四代燃料电池组最大输出功率达60千瓦样车速度可达每小时150公里百公里加速时间从之前的19秒提高到15秒加一次氢气可以持续行驶300公里上海牌燃料电池车荣威750大容量蓄电池采用了串联式的混合Daimler wants to mass produce fuel cell vehicles by 2012-15 So far Daimler has built over 100 fuel cell vehicles that have accumulated over 2.3 million miles of testing. Hyundai also recen

12、tly announced that they want to build fuel cell vehicles in that same timeOct 9, 2010: Daimler is now accepting orders from customers in Los Angeles and San Franciscoto lease the Mercedes B-Class F-Cell hydrogen fuel cell car. The first 5-15 cars will be delivered in mid-December 2010. Theprice per

13、month to lease the car “may be $600 to 800 including fuel.”Daimler to begin leasing hydrogen fuel cell car in California in December 2010Daimler wants to mass produce 梅赛德斯-奔驰B级燃料电池车2011年1月30日，梅赛德斯-奔驰启动了一场前所未有的长途旅行梅赛德斯-奔驰B级燃料电池车环球之旅。梅赛德斯-奔驰B级燃料电池车2011年1月30日，梅赛德斯-梅赛德斯-奔驰B级燃料电池车B 级燃料电池车的驱动系统采用了最新一代燃料电池

14、技术，相比2004款梅赛德斯-奔驰 A 级燃料电池车的驱动系统，体积缩小约40%，燃料消耗降低 30%，但输出功率却增加了 30%。B 级燃料电池车驱动系统的主要部件包括：小型氢气燃料电池反应堆、位于后备箱底部的高效能的锂离子电池、三个700巴高压储氢罐、一个位于前轴的紧凑的、轻量化的驱动电机B级燃料电池车续航里程达到了400公里，而每次充满燃料仅需3分钟，通过移动加氢站补充满燃料的时间也仅为20分钟。非常适合长途旅行以及日常使用。梅赛德斯-奔驰B级燃料电池车B 级燃料电池车的驱动系统采用了The Audi Hydrogen A2H2 car was powered both directly

15、 by the PEM fuel cell as needed and the 38 kw NiMH traction battery pack, contains three Dynetek hydrogen storage tanks at a pressure of 350 bar, for a total capacity of 1.8 kg (3.96 lb.) of compressed hydrogen.The Audi Q5 HFC has a 98 kw PEM fuel cell and a 1.3 kwh lithium ion battery pack, was int

16、roduced in Berlin, Germany in May 2011The Audi Hydrogen A2H2 car waHyundai Tucson Hybrid FCEV /现代新款Blue2概念车是一款中型燃料电池电动汽车FCEV,装备了一个氢动力的燃料电池堆，该燃料电池会利用天然气产生电能，然后电能会驱动一个相当传统的电驱动系统。该燃料电池的最大动力输出约为120马力，据现代公司表示，其燃油经济性约为82 mpg。2012年将完成500辆试生产奔驰F-Cell是一款氢动力双座概念跑车，车身采用玻璃纤维和碳纤维制成。这款零排放汽车由氢-电混合动力驱动，燃料电池位于后部。Hyu

17、ndai Tucson Hybrid FCEV htt氢电混合动力汽车技术挑战续驶里程短动力性能较差运行寿命短成本高HYDROGEN动力电池储氢系统燃料电池氢电混合动力汽车技术挑战续驶里程短HYDROGEN动力电池储课题1 高密度储氢材料分子模拟、合成及其吸/放氢机理课题2 低成本蓄电体系电极材料及其作用机理研究 课题3 低成本电化学超级电容器技术基础研究 课题4 固态电解质蓄电体系及相关材料低成本化探索研究课题5 低成本蓄电材料制备过程工程理论课题6 高密度车载储氢新体系及其安全性预测理论研究 课题7 车载储能系统管理及环境适应性基础研究课题设置上海交通大学、浙江大学、厦门大学、复旦大学、清

18、华大学、南京航空航天大学、南京工业大学中国科学院上海硅酸盐研究所电动汽车用低成本、高密度蓄电(氢)体系基础科学问题研究973计划：电动汽车储能技术研究 氢电混合燃料电池汽车动力系统技术电源技术, 2008,32(6):357-360 课题1 高密度储氢材料分子模拟、合成及其吸/放氢机理课题设 建立了车载储氢气瓶快充试验平台及仿真系统，建立了快速充放氢过程中氢气流速和流量的控制理论 建立了车载储氢容器材料结构工艺一体化优化设计方法，运用该方法可在保证安全和技术要求的情况下优化储氢容器结构、减少材料用量、极大程度的降低成本 建立了车载纤维缠绕高压储氢气瓶及安全性能测试系统 研制出两种可在温和条件下

19、制备40-70MPa高压氢的合金、并设计制作了可提供40-70MPa高压的供氢装置车载储氢体系安全性预测理论 建立了车载储氢气瓶快充试验平台及仿真系统，建立了快速充放氢J Y Zheng, P F Liu, Computational Materials Science, 2008, 43(3):453-461（浙大）Elasto-plastic stress analysis and burst strength evaluation of Al-carbon fiber/epoxy composite cylindrical laminatesAfter burstBefore burst

20、J Y Zheng, P F Liu, Computatio 国内率先开展快速充氢温升试验。 在高压气瓶内、外壁面分布置数十个传感器，能够动态采集气瓶内外壁温度 采用先进密封装置，解决了传感器数据线高压出口密封问题。 采用先进测量技术，可实时对高速氢气流量进行测量车载高压储氢容器快速充装过程温升规律 气流控制阀 传感器数据线“70MPa高压气态储氢系统关键技术及应用” 教育部科学技术进步奖一等奖。（2010年） 国内率先开展快速充氢温升试验。 在高压气瓶内、外壁面分布置Xia YY, et al. Energy Environ. Sci., 2011 (online) （复旦）碳包覆纳米多孔L

21、i4Ti5O12微球电极材料的制备 Xia YY, et al. Energy Environ.ReductionOGH film新一代电导性水凝胶薄膜：化学转化石墨烯（CCG)有序凝胶化过程Xiaowei Yang, Zi-Feng Ma, Dan Li, Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(32):7325-7328 石墨烯水凝胶薄膜制备过程ReductionOGH film新一代电导性水凝胶薄膜：化机械强度：平均弹性模量 76 5 MPaOGH薄膜的真空抽滤干燥过程实际变化照片 机械强度：平均弹性模量 76 5 MPaOGH

22、薄膜的真空OGHFreeze dried OGHDried OGH annealed Power density（kW/kg）118.018.11.27(项目指标：2）Surface areas (m2/g)1086.8718.3595.8MBFreeze dried SSG干燥方法对于其比表面、功率密度、能量密度及电阻有很大关系OGHFreeze dried OGHDried OGH a粗磨 超细磨喷雾造粒 碳包覆纳米多孔Li4Ti5O12微球AC/Li4Ti5O12混合电容器粗磨 超细磨喷雾造粒 碳包覆纳米多孔Li4Ti5O12微球A球型二次粒径 525 微米一次粒径 200 纳米以下粒子

23、表面纳米碳层包覆固相合成技术结合碳包覆技术制备了高电子导电性的纳米钛酸锂材料技术优势：1. 颗粒大小（几十纳米到数微米）形状可控。2. 电导率远高于商业化LTO。2010年11月通过教育部成果鉴定，达国际先进水平。球型二次粒径 525 微米一次粒径 200 纳米以下粒子表 Presence of O2 and H2O V(x) = 4.268-0.059pHPresence of H2O V(x)=3.039-0.059 pH Anode regionCathode region水溶液中负极容量衰减的主要原因 Anodes are instable in presence of H2O and

24、 O2Li(inter.) + 1/4O2+1/2H2O Li+ + OH- + 1/2H2Xia YY, et al., Nature Chemistry, 15, 760-765 (2010) Presence of O2 and H2O V(在横店东磁建立了150吨/年试验生产线，产品通过国家电池质量( 苏州）检测中心评价，2010年7月7日通过浙江省科技厅组织的项目验收。2011年向浙江台州新能源提供LiFePO4材料生产专利许可。反应粉碎制备LiFePO4/C过程在横店东磁建立了150吨/年试验生产线，产品通过国家电池质量Pt or Pt alloysPd, Ag Pd, Ag al

25、loysMetal macrocyclesMnO2/CPerovskite (ABO3)金属大环化合物CoTMPP金属氧化物Pt, Pt 合金Pd, Pd 合金catalyst燃料电池电化学反应过程中，阴极缓慢的氧还原反应动力学限制了燃料电池性能的提高。是燃料电池电催化活性的控制反应步骤阴极: O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 非贵金属燃料电池电催化剂设计Pt or Pt alloysPd, Ag Metal maCoTETA/C等非贵金属电催化剂材料在燃料电池堆中应用氢气压力：0.15MPa, 自增湿；空气：风扇送气，降温 工作温度：3040阳极Pt含量：0.30.4mg/cm2 (尾

26、端堵死，间隙排气)单电池有效面积：55cm2 单电池数：66个CoTETA/C等非贵金属电催化剂材料在燃料电池堆中应用氢气p-Toluenesulfonic Acid Doped Co-PPy/C Cathode ElectrocatalystXianxia Yuan, Xin Zeng, Hui-Juan Zhang, Zi-Feng Ma*, Improved Performance of PEMFC with p-Toluenesulfonic Acid-Doped Co-PPy/C as Cathode Electrocatalyst, Journal of the American Chemical Society, 2010, 132(6):1754-1755 . p-Toluenesulfonic Acid Doped C汽车电子控制技术国家工程实