燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件

主要内容概述燃料电池车的结构燃料电池车的关键问题主要内容概述1一、概述1、燃料电池介绍燃料电池（FuelCell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。车用两种：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池2002年1月9日，美国能源部宣布新的汽车研究项目，FreedomCAR项目，长期目标是实现高效、价廉、无污染：研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作动力，不产生任何污染。该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。一、概述1、燃料电池介绍燃料电池（FuelCell）是一2

阳极：阴极：电池总反应：质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交换膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应：阳极：阴极：电池总反应：质子交换膜燃料电池单体主要由3质子交换膜燃料电池的反应原理

阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。质子交换膜燃料电池的反应原理阳极反应生成的4燃料电池的优势：（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。（2）清洁无污染。（3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额定功率的效率，可达50～55％。燃料电池的效率随输出功率变化的特性比内燃机更适合于汽车的实际运行。（4）过载能力强，燃料电池的短时过载能力可达200％的额定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。（5）设计方便性（6）低噪音燃料电池的优势：（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环5燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件6燃料电池的不足：1、压缩氢气存储空间问题。2、存储的安全性及系统效率。3、氢燃料的供给设施燃料电池的不足：1、压缩氢气存储空间问题。2、存储的安全性及71、燃料电池车工作原理0→50km/h加速时间(s)质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎爆裂0→50km/h加速时间(s)满载总质量(kg)：15,000车用两种：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池外形尺寸(mm):11,0702,4903,420（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交换膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应：底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。最高车速(km/h)：700→50km/h加速时间(s)满载总质量(kg)：15,000最高车速(km/h)：70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阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。外形尺寸(mm):11,0702,4903,420甲醇经过重整,重整产物为氢气、碳氧化物。甲醇在重整器中发生的反应如下：1、燃料电池车工作原理甲醇经过重整,重整产物为氢气、碳氧化8燃料电池大客车2、燃料电池车示例燃料电池大客车2、燃料电池车示例9FuelCellBusofDaimler-ChryslerFuelCellBusofDaimler-Chrys101）电动机的输出功率始终满足功率要求；若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。1、燃料电池车工作原理1、燃料电池车工作原理Efficient：0.（4）过载能力强，燃料电池的短时过载能力可达200％的额定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。Battery： 50AH照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎爆裂满载总质量(kg)：15,000生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车0→50km/h加速时间(s)高压储氢系统的碰撞保护混合动力燃料电池大客车原理照片2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min不会产生有害的生理影响的范围加速车外噪声（dB(A)）在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；质子交换膜燃料电池的反应原理混合动力燃料电池大客车原理0→50km/h加速时间(s)1）电动机的输出功率始终满足功率要求；11燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件12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外形尺寸(mm):11,0702,4903,420燃13ChineseNationalFCBDemonstration超过8000km的道路行驶试验2004年5月27日在天安门广场展示ChineseNationalFCBDemonstra14整车造型与色彩设计整车造型与色彩设计15整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大爬坡度（％）180→50km/h加速时间(s)30.90一次加氢(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整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大16汽车爬坡试验汽车爬坡试验17燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件18PerformancesMotorpower： 24kW(60kW)FCEpower： 30kWBattery： 50AHMaxspeed： 110km/hGradeability： >20％Acceleration： 15.9sRange： 220kmEfficient：0.98kg/100kmPerformances19燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件20二、燃料电池车结构1、燃料电池车工作原理二、燃料电池车结构1、燃料电池车工作原理21加速车外噪声（dB(A)）最高车速(km/h)：70IEC60479-1若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。IEC60479-10→50km/h加速时间(s)加速车外噪声（dB(A)）阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)满载总质量(kg)：15,000（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。照片5–时间:2分,20秒–内部爆燃燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电源依据制动系统运行特性吸收再生制动能量。照片1–时间:0分,0秒–氢燃料车辆在左边，汽油车辆在右边2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。燃料电池（FuelCell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。1、燃料电池车工作原理IEC60479-1满载总质量(kg)：15,000加速车外噪声（dB(A)）1、燃料电池车工作原理急剧加速状态下，对应于峰值功率指令，燃料电池系统与峰值电源两者都向电动机驱动装置供给牵引功率；在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；当负载功率小于燃料电池系统的额度功率时，峰值电源也能从燃料电池系统补充、恢复其能量。加速车外噪声（dB(A)）1、燃料电池车工作原理急剧加速状态222、燃料电池控制策略功能：1）电动机的输出功率始终满足功率要求；2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。2、燃料电池控制策略功能：232、燃料电池控制策略1）停顿模式燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。2）制动模式燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电源依据制动系统运行特性吸收再生制动能量。2、燃料电池控制策略1）停顿模式242、燃料电池控制策略3）牵引模式若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混合牵引模式。燃料电池系统运行在其额定功率状态，而剩余的功率的功率需求由峰值电源供应。B.若电动机输入功率小于燃料电池系统预设的最小功率，且峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额定功率运行，一部分功率用于驱动系，另一部分功率用于峰值电源。弱峰值电源不需要充电，则燃料电池系统运行于空载状态，由峰值电源单独驱动车辆。C.若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。若峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额度功率运行，其一部分功率用于驱动车辆，另一部分功率用于向峰值电源充电。2、燃料电池控制策略3）牵引模式253、布置形式问题：成本、重量、耗氢、动态响应、无法制动回收3、布置形式问题：成本、重量、耗氢、动态响应、无法制动回收26问题：电池、控制复杂问题：电池、控制复杂27问题：可回馈、性能优、容量小问题：可回馈、性能优、容量小28问题：电池、系统复杂问题：电池、系统复杂29问题：对电池有利、飞轮问题：对电池有利、飞轮304、整体结构与设计4、整体结构与设计31混合动力燃料电池大客车原理混合动力燃料电池大客车原理32电动车控制器电动车控制器33该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。照片5–时间:2分,20秒–内部爆燃满载总质量(kg)：15,000阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。高压氢气罐耐高温测试氢消耗量（kg/100km)Battery： 50AHIEC60479-1高压储氢系统的碰撞保护生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。超过8000km的道路行驶试验阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。对人体造成有害的生理影响的容许电流值为2mA~10mA超过8000km的道路行驶试验若峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额度功率运行，其一部分功率用于驱动车辆，另一部分功率用于向峰值电源充电。若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混合牵引模式。0→50km/h加速时间(s)（3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额定功率的效率，可达50～55％。满载总质量(kg)：15,000满载总质量(kg)：15,000等效油耗（汽油L/100km)燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电源依据制动系统运行特性吸收再生制动能量。该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电34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80~100Ah200～250V驱动电机额定100kW最大180kW目标样车系统构型上海神力双向DCDC镍氢或锂离子电池驱动电机目标样车35丰田燃料电池车市客车FCHV丰田燃料电池车市客车FCHV36戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车37燃料电池轿车燃料电池轿车38三、燃料电池车的关键问题1、经济性节省耗氢，匹配优化2、安全性技术难点：耗氢估计三、燃料电池车的关键问题1、经济性节省耗氢，匹配优化2、安全39氢安全电安全结构安全高电压·大电流人体触电防护电磁波对周边影响氢泄漏·滞留氢易燃易爆性氢脆性高压储氢系统的碰撞保护高压电系统的碰撞保护轻量化带来的结构强度问题氢安全电安全结构安全高电压·大电流氢泄漏·滞留高压储氢系统的400→50km/h加速时间(s)满载总质量(kg)：15,000超过8000km的道路行驶试验照片2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。Battery： 50AH照片4–时间:1分,30秒，加速性能(050km/h)：30s1、燃料电池车工作原理IEC60479-1若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。Battery： 50AH（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。满载总质量(kg)：15,000在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；0→50km/h加速时间(s)底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)Range： 220km氢消耗量（kg/100km)问题：成本、重量、耗氢、动态响应、无法制动回收IEC60479-10→50km/h加速时间(s)41燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件42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1–时间:0分,0秒–氢燃料车辆在左边，43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2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流44照片

3–时间:1分,0秒，氢流量减退，汽油车火焰扩大照片3–时间:1分,0秒，氢流量减退，汽油车火焰45照片4–时间:1分,30秒，照片4–时间:1分,30秒，46照片

5–时间:2分,20秒

–内部爆燃

照片5–时间:2分,20秒–内部爆燃47照片

6–时间:2分,40秒

–驾驶座侧后轮胎爆裂照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎4849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49照片7–时间:2分,40秒–驾驶座侧后抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）50高压氢气罐耐高温测试抗冲击测试后进行评估高压氢气罐耐高温测试抗冲击测试后进行评估51身体电流

(mA)电流持续时间

(ms)102501005001000100000.1105010050010001000020020500020001202005100Ω/V500Ω/V人体不会产生反应的范围不会产生有害的生理影响的范围IEC60479-1直流电流对人体的影响对人体造成有害的生理影响的容许电流值为2mA~10mA为此必须确保在任何情况下电系统的绝缘阻抗值＞100Ω/Ｖ身体电流(mA)电流持续时间(ms)102501005052Efficient：0.加速车外噪声（dB(A)）燃料电池（FuelCell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；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（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。混合动力燃料电池大客车原理加速性能(050km/h)：30s2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；氢消耗量（kg/100km)满载总质量(kg)：15,000抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）Battery： 50AH若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。人体不会产生反应的范围Battery： 50AH1、燃料电池车工作原理等效油耗（汽油L/100km)加速车外噪声（dB(A)）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2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min3、可靠性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）碳纳米材料贮氢Efficient：0.3、可靠性4、供氢（153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545、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5、控制系统燃料电池城市客车动力系统主要由燃55底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)

底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)56燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件576、发展前景6、发展前景5859谢谢大家！每讲一帖

天下之难事，必作于易；天下之大事，必作于细。59谢谢大家！每讲一帖天下之难事，必作于易；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外形尺寸(mm):11,0702,4903,420燃60整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大爬坡度（％）180→50km/h加速时间(s)30.90一次加氢(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整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大61（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。满载总质量(kg)：15,000IEC60479-1（3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额定功率的效率，可达50～55％。3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。FuelCellBusofDaimler-Chrysler1、燃料电池车工作原理照片2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)Performances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甲醇在重整器中发生的反应如下：照片1–时间:0分,0秒–氢燃料车辆在左边，汽油车辆在右边2004年5月27日在天安门广场展示照片4–时间:1分,30秒，氢消耗量（kg/100km)生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。3、氢燃料的供给设施车用两种：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能62戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车63燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件64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2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流65身体电流

(mA)电流持续时间

(ms)102501005001000100000.1105010050010001000020020500020001202005100Ω/V500Ω/V人体不会产生反应的范围不会产生有害的生理影响的范围IEC60479-1直流电流对人体的影响对人体造成有害的生理影响的容许电流值为2mA~10mA为此必须确保在任何情况下电系统的绝缘阻抗值＞100Ω/Ｖ身体电流(mA)电流持续时间(ms)102501005066照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎爆裂Efficient：0.IEC60479-1Gradeability： >20％生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电源依据制动系统运行特性吸收再生制动能量。抗冲击测试后进行评估在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；问题：成本、重量、耗氢、动态响应、无法制动回收2、存储的安全性及系统效率。满载总质量(kg)：15,0000→50km/h加速时间(s)加速性能(050km/h)：30s质子交换膜燃料电池的反应原理加速车外噪声（dB(A)）抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）抗冲击测试后进行评估3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混合牵引模式。（3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额定功率的效率，可达50～55％。氢消耗量（kg/100km)加速性能(050km/h)：30sBattery： 50AH最高车速(km/h)：70若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。照片5–时间:2分,20秒–内部爆燃最高车速(km/h)：70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。天下之难事，必作于易；不会产生有害的生理影响的范围3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。3、氢燃料的供给设施抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）甲醇经过重整,重整产物为氢气、碳氧化物。Range： 220km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质子交换膜燃料电池的反应原理若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混合牵引模式。人体不会产生反应的范围续驶里程(km)：≥200(40km/h匀速，储氢瓶压力15MPa)若峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额度功率运行，其一部分功率用于驱动车辆，另一部分功率用于向峰值电源充电。生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交换膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应：照片3–时间:1分,0秒，氢流量减退，汽油车火焰扩大3、可靠性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）碳纳米材料贮氢照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎67主要内容概述燃料电池车的结构燃料电池车的关键问题主要内容概述68一、概述1、燃料电池介绍燃料电池（FuelCell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。车用两种：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池2002年1月9日，美国能源部宣布新的汽车研究项目，FreedomCAR项目，长期目标是实现高效、价廉、无污染：研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作动力，不产生任何污染。该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。一、概述1、燃料电池介绍燃料电池（FuelCell）是一69

阳极：阴极：电池总反应：质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交换膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应：阳极：阴极：电池总反应：质子交换膜燃料电池单体主要由70质子交换膜燃料电池的反应原理

阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。质子交换膜燃料电池的反应原理阳极反应生成的71燃料电池的优势：（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。（2）清洁无污染。（3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额定功率的效率，可达50～55％。燃料电池的效率随输出功率变化的特性比内燃机更适合于汽车的实际运行。（4）过载能力强，燃料电池的短时过载能力可达200％的额定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。（5）设计方便性（6）低噪音燃料电池的优势：（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环72燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件73燃料电池的不足：1、压缩氢气存储空间问题。2、存储的安全性及系统效率。3、氢燃料的供给设施燃料电池的不足：1、压缩氢气存储空间问题。2、存储的安全性及741、燃料电池车工作原理0→50km/h加速时间(s)质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎爆裂0→50km/h加速时间(s)满载总质量(kg)：15,000车用两种：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池外形尺寸(mm):11,0702,4903,420（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交换膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应：底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。最高车速(km/h)：700→50km/h加速时间(s)满载总质量(kg)：15,000最高车速(km/h)：70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阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。外形尺寸(mm):11,0702,4903,420甲醇经过重整,重整产物为氢气、碳氧化物。甲醇在重整器中发生的反应如下：1、燃料电池车工作原理甲醇经过重整,重整产物为氢气、碳氧化75燃料电池大客车2、燃料电池车示例燃料电池大客车2、燃料电池车示例76FuelCellBusofDaimler-ChryslerFuelCellBusofDaimler-Chrys771）电动机的输出功率始终满足功率要求；若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。1、燃料电池车工作原理1、燃料电池车工作原理Efficient：0.（4）过载能力强，燃料电池的短时过载能力可达200％的额定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。Battery： 50AH照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎爆裂满载总质量(kg)：15,000生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车0→50km/h加速时间(s)高压储氢系统的碰撞保护混合动力燃料电池大客车原理照片2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min不会产生有害的生理影响的范围加速车外噪声（dB(A)）在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；质子交换膜燃料电池的反应原理混合动力燃料电池大客车原理0→50km/h加速时间(s)1）电动机的输出功率始终满足功率要求；78燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件79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外形尺寸(mm):11,0702,4903,420燃80ChineseNationalFCBDemonstration超过8000km的道路行驶试验2004年5月27日在天安门广场展示ChineseNationalFCBDemonstra81整车造型与色彩设计整车造型与色彩设计82整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大爬坡度（％）180→50km/h加速时间(s)30.90一次加氢(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整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大83汽车爬坡试验汽车爬坡试验84燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件85PerformancesMotorpower： 24kW(60kW)FCEpower： 30kWBattery： 50AHMaxspeed： 110km/hGradeability： >20％Acceleration： 15.9sRange： 220kmEfficient：0.98kg/100kmPerformances86燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件87二、燃料电池车结构1、燃料电池车工作原理二、燃料电池车结构1、燃料电池车工作原理88加速车外噪声（dB(A)）最高车速(km/h)：70IEC60479-1若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。IEC60479-10→50km/h加速时间(s)加速车外噪声（dB(A)）阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)满载总质量(kg)：15,000（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。照片5–时间:2分,20秒–内部爆燃燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电源依据制动系统运行特性吸收再生制动能量。照片1–时间:0分,0秒–氢燃料车辆在左边，汽油车辆在右边2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。燃料电池（FuelCell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。1、燃料电池车工作原理IEC60479-1满载总质量(kg)：15,000加速车外噪声（dB(A)）1、燃料电池车工作原理急剧加速状态下，对应于峰值功率指令，燃料电池系统与峰值电源两者都向电动机驱动装置供给牵引功率；在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；当负载功率小于燃料电池系统的额度功率时，峰值电源也能从燃料电池系统补充、恢复其能量。加速车外噪声（dB(A)）1、燃料电池车工作原理急剧加速状态892、燃料电池控制策略功能：1）电动机的输出功率始终满足功率要求；2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。2、燃料电池控制策略功能：902、燃料电池控制策略1）停顿模式燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。2）制动模式燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电源依据制动系统运行特性吸收再生制动能量。2、燃料电池控制策略1）停顿模式912、燃料电池控制策略3）牵引模式若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混合牵引模式。燃料电池系统运行在其额定功率状态，而剩余的功率的功率需求由峰值电源供应。B.若电动机输入功率小于燃料电池系统预设的最小功率，且峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额定功率运行，一部分功率用于驱动系，另一部分功率用于峰值电源。弱峰值电源不需要充电，则燃料电池系统运行于空载状态，由峰值电源单独驱动车辆。C.若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。若峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额度功率运行，其一部分功率用于驱动车辆，另一部分功率用于向峰值电源充电。2、燃料电池控制策略3）牵引模式923、布置形式问题：成本、重量、耗氢、动态响应、无法制动回收3、布置形式问题：成本、重量、耗氢、动态响应、无法制动回收93问题：电池、控制复杂问题：电池、控制复杂94问题：可回馈、性能优、容量小问题：可回馈、性能优、容量小95问题：电池、系统复杂问题：电池、系统复杂96问题：对电池有利、飞轮问题：对电池有利、飞轮974、整体结构与设计4、整体结构与设计98混合动力燃料电池大客车原理混合动力燃料电池大客车原理99电动车控制器电动车控制器100该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。照片5–时间:2分,20秒–内部爆燃满载总质量(kg)：15,000阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。高压氢气罐耐高温测试氢消耗量（kg/100km)Battery： 50AHIEC60479-1高压储氢系统的碰撞保护生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。超过8000km的道路行驶试验阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。对人体造成有害的生理影响的容许电流值为2mA~10mA超过8000km的道路行驶试验若峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额度功率运行，其一部分功率用于驱动车辆，另一部分功率用于向峰值电源充电。若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混合牵引模式。0→50km/h加速时间(s)（3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额定功率的效率，可达50～55％。满载总质量(kg)：15,000满载总质量(kg)：15,000等效油耗（汽油L/100km)燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电源依据制动系统运行特性吸收再生制动能量。该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电101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80~100Ah200～250V驱动电机额定100kW最大180kW目标样车系统构型上海神力双向DCDC镍氢或锂离子电池驱动电机目标样车102丰田燃料电池车市客车FCHV丰田燃料电池车市客车FCHV103戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车戴姆勒-克莱斯勒燃料电池城市客车104燃料电池轿车燃料电池轿车105三、燃料电池车的关键问题1、经济性节省耗氢，匹配优化2、安全性技术难点：耗氢估计三、燃料电池车的关键问题1、经济性节省耗氢，匹配优化2、安全106氢安全电安全结构安全高电压·大电流人体触电防护电磁波对周边影响氢泄漏·滞留氢易燃易爆性氢脆性高压储氢系统的碰撞保护高压电系统的碰撞保护轻量化带来的结构强度问题氢安全电安全结构安全高电压·大电流氢泄漏·滞留高压储氢系统的1070→50km/h加速时间(s)满载总质量(kg)：15,000超过8000km的道路行驶试验照片2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极室排出。Battery： 50AH照片4–时间:1分,30秒，加速性能(050km/h)：30s1、燃料电池车工作原理IEC60479-1若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。Battery： 50AH（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。满载总质量(kg)：15,000在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中；0→50km/h加速时间(s)底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)Range： 220km氢消耗量（kg/100km)问题：成本、重量、耗氢、动态响应、无法制动回收IEC60479-10→50km/h加速时间(s)108燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件109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1–时间:0分,0秒–氢燃料车辆在左边，110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2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流111照片

3–时间:1分,0秒，氢流量减退，汽油车火焰扩大照片3–时间:1分,0秒，氢流量减退，汽油车火焰112照片4–时间:1分,30秒，照片4–时间:1分,30秒，113照片

5–时间:2分,20秒

–内部爆燃

照片5–时间:2分,20秒–内部爆燃114照片

6–时间:2分,40秒

–驾驶座侧后轮胎爆裂照片6–时间:2分,40秒–驾驶座侧后轮胎115116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49照片7–时间:2分,40秒–驾驶座侧后抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）117高压氢气罐耐高温测试抗冲击测试后进行评估高压氢气罐耐高温测试抗冲击测试后进行评估118身体电流

(mA)电流持续时间

(ms)102501005001000100000.1105010050010001000020020500020001202005100Ω/V500Ω/V人体不会产生反应的范围不会产生有害的生理影响的范围IEC60479-1直流电流对人体的影响对人体造成有害的生理影响的容许电流值为2mA~10mA为此必须确保在任何情况下电系统的绝缘阻抗值＞100Ω/Ｖ身体电流(mA)电流持续时间(ms)1025010050119Efficient：0.加速车外噪声（dB(A)）燃料电池（FuelCell）是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；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（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。混合动力燃料电池大客车原理加速性能(050km/h)：30s2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围；氢消耗量（kg/100km)满载总质量(kg)：15,000抗冲击测试（左边是高空坠落，右边是枪击）Battery： 50AH若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单独驱动车辆。人体不会产生反应的范围Battery： 50AH1、燃料电池车工作原理等效油耗（汽油L/100km)加速车外噪声（dB(A)）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2–时间:0分,3秒–两种燃料点火，氢流量2100SCFM，汽油流量680CC/min3、可靠性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）碳纳米材料贮氢Efficient：0.3、可靠性4、供氢（1120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1215、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5、控制系统燃料电池城市客车动力系统主要由燃122底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)

底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)123燃料电池电动汽车的基本组成和结构新版课件1246、发展前景6、发展前景125126谢谢大家！每讲一帖

天下之难事，必作于易；天下之大事，必作于细。59谢谢大家！每讲一帖天下之难事，必作于易；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外形尺寸(mm):11,0702,4903,420燃127整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大爬坡度（％）180→50km/h加速时间(s)30.90一次加氢(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整车性能指标性能指标试验结果最高车速（km/h)86.4最大128（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制，理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。该项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。满载总质量(kg)：15,000IEC60479-1（3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额定功率附近可达60％，部分功率下运行时效