新能源汽车技术概论-第七章-燃料电池电动汽车课件

新能源汽车技术概论新能源汽车技术概论李艳菲主编新能源汽车技术概论机械工业出版社2019年7月主要参考书1李艳菲主编主要参考书1主要内容第一章

汽车与能源第二章

新能源汽车产业发展第三章

新能源汽车类型第四章

电动汽车储能装置第五章

电动汽车驱动电机及控制系统第六章

纯电动汽车第七章

燃料电池电动汽车第八章

混合动力电动汽车第九章

其他新能源汽车主要内容

第七章

燃料电池电动汽车

第七章燃料电池电动汽车主要内容1.燃料电池电动汽车概述2.燃料电池系统3.燃料电池电动汽车的发动机系统4.供氢、能量管理主要内容1.燃料电池电动汽车概述什么是燃料电池汽车？燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其核心部件是燃料电池，燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一、概述什么是燃料电池汽车？燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通燃料电池汽车特点与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：1）燃料电池的能量转换效率极高。2）零排放或近似零排放。3）车辆性能接近内燃机汽车。4）结构简单、运行平稳

燃料电池与内燃机效率对比燃料电池汽车特点与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：燃燃料电池汽车有哪些优缺点？虽然氢燃料电池汽车在环保方面有很大的优势，但是它还处于发展的初级阶段。如限制其发展的主要因素有：1）生产成本高目前，不论是液态氢、气态氢、储氢金属储存的氢，还有碳水化合物经过重整后转换的氢是燃料电池的唯一燃料。氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求很高。燃料电池的燃料的生产、运输、储存等成本较高。2）使用配套不足由于氢燃料的生产、储存、运输等都存在一定的安全隐患，因此加氢站等基础网络设施建设相对落后，这制约着燃料电池汽车的推广。3）需要配备辅助电池系统

燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收再生制动的反馈能量。通常在燃料电池汽车上须增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和在燃料电池汽车减速时接受再生制动时的能量。燃料电池汽车有哪些优缺点？虽然氢燃料电池汽车在环保方面有很大燃料电池电动汽车基本机构

纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。其主要缺点有：燃料电池的功率大，成本昂贵。

图7.1是采用“燃料电池+蓄电池”(FC+B)混合驱动形式的燃料电池电动汽车的动力系统结构。图7.1

基于这些不利因素，目前的燃料电池电动汽车主要采用的是混合驱动形式，即在燃料电池的基础上，增加了一组电池或超级电容作为另一动力源。燃料电池电动汽车基本机构纯燃料电池电动汽车只有燃燃料电池汽车有哪些结构类型？燃料电池汽车的结构多种多样，通常按动力源的组成进行分类。燃料电池汽车的动力源通常包括燃料电池系统（FuelCell）、蓄电池（Battery）、超级电容（Capacitor）。

①纯燃料电池驱动（PureFuelCell，PFC）的燃料电池电动汽车；PFC汽车结构原理图纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。但由于燃料电池无法实现充电，因此无法实现电动汽车的制动能量回收。燃料电池汽车有哪些结构类型？燃料电池汽车的结构多种多样，通常②燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的FCEV；在该动力系统结构中，燃料电池和蓄电池一起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动系，从而驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电池将储存回馈的能量。FC+B电动汽车结构原理图②燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的FCEV；FC+③燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的FCEV；这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似，只是把蓄电池换成超级电容。相对于蓄电池，超级电容充放电效率高，能量损失小，比蓄电池功率密度大，在回收制动能量方面比蓄电池有优势，循环寿命长，但是超级电容的能量密度较小。④燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）的FCEV燃料电池、蓄电池和超级电容一起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动系，驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电池和超级电容将储存回馈的能量。FC+B+C电动汽车③燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的FCEV；FC+B

它通常包括燃料电池系统、电机、蓄电池（超级电容）等功能部件组成。燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。典型燃料电池汽车结构它通常包括燃料电池系统、电机、蓄电池（超级电容）二、燃料电池系统图7．3典型的质子交换膜燃料电池系统示意图二、燃料电池系统图7．3典型的质子交换膜燃料电池系统示意三、燃料电池的发动机系统以氢气为燃料的燃料电池电动汽车的发动机系统三、燃料电池的发动机系统以氢气为燃料的燃料电池电动汽车的发动1）氢燃料电池发动机1）氢气供应、管理和回收2）氧气供应和管理系统3）水循环系统

4）电力管理系统

氢燃料电池发动机系统

燃料电池发动机系统DC/DC变换器

DC/DC变换器的基本功能：（1）当输入直流电压在一定范围内变化时，能输出负载要求的变化范围的直流电压。（2）输出负载要求的直流电流（范围）：能够输出足够的直流负载电流，并且能够允许在足够宽的负载变化范围的情况下设备能正常运行。（3）变换器是能量传递部件，因此需要转换效率高，以便提高能源的利用率；（4）为了降低对燃料电池的输出电压要求，变换器应具有升压功能；（5）由于燃料电池输出的不稳定，需要变换器闭环运行进行稳压，为了给驱动器稳定的输入，需要变换器有较好的动态调节能力；

驱动电机

DC/DC变换器的基本功能：（1）直流电机驱动系统采用换向器和电刷，保证了励磁磁动势与电枢磁动势的严格正交，易于控制。但直流电机结构复杂，其高速性能和可靠性受换向器和电刷的影响较大。（2）交流电机坚固耐用、结构简单、技术成熟、免维护、成本低，尤其适合恶劣的工作环境。其缺点在于损耗大、效率低、功率因数低，进而导致控制器容量增加，成本上升。燃料电池发动机系统驱动电机燃料电池发动机系统

1氢燃料的制备方法、储存和输配2燃料电池电动汽车车上供氢系统1）高压储氢；液态储氢；金属储氢；活性炭吸附储氢；碳纳米材料储氢2）氢气泄漏检测与控制措施四、供氢系统、能量管理图7．10燃料电池氢气分系统外漏测试原理图1氢燃料的制备方法、储存和输配四、供氢系统、能量管理

3能量管理传统内燃机混合动力汽车合成了内燃机与电动机的驱动力，在两个动力源之间进行动力分配。在燃料电池混合动力电动汽车(FCHEV)中则是电与电的合成，即要进行的是功率分配。燃料电池混合动力电动汽车的电动机、电池以及燃料电池之间存在复杂的功率输入、输出关系。目前按它们之间分配的控制策略来分，可分为两种控制模式：功率跟随模式开关模式。四、供氢系统、能量管理3能量管理四、供氢系统、能量管理图7-142017款本田FCXClarity燃料电池车五、

典型的氢燃料电池汽车图7-142017款本田FCXClarity燃料电池车Honda

FCX

Clarity动力系统结构主要由动力控制单元（Power

Control

Unit），燃料储气罐（Hydrogen

Storage

Tank），驱动电机（Electric

Motor），燃料电池堆（Fuel

Cell

Stack

），高功率的锂离子电池（High-Output

Battery）等五部分组成。Honda

FCX

Clarity主要动力部件的整车布置图Honda

FCX

Clarity动力系统结构主要由动力控制本章课程结束同学们再见！本章课程结束同学们再见！新能源汽车技术概论新能源汽车技术概论李艳菲主编新能源汽车技术概论机械工业出版社2019年7月主要参考书1李艳菲主编主要参考书1主要内容第一章

汽车与能源第二章

新能源汽车产业发展第三章

新能源汽车类型第四章

电动汽车储能装置第五章

电动汽车驱动电机及控制系统第六章

纯电动汽车第七章

燃料电池电动汽车第八章

混合动力电动汽车第九章

其他新能源汽车主要内容

第七章

燃料电池电动汽车

第七章燃料电池电动汽车主要内容1.燃料电池电动汽车概述2.燃料电池系统3.燃料电池电动汽车的发动机系统4.供氢、能量管理主要内容1.燃料电池电动汽车概述什么是燃料电池汽车？燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其核心部件是燃料电池，燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一、概述什么是燃料电池汽车？燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通燃料电池汽车特点与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：1）燃料电池的能量转换效率极高。2）零排放或近似零排放。3）车辆性能接近内燃机汽车。4）结构简单、运行平稳

燃料电池与内燃机效率对比燃料电池汽车特点与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：燃燃料电池汽车有哪些优缺点？虽然氢燃料电池汽车在环保方面有很大的优势，但是它还处于发展的初级阶段。如限制其发展的主要因素有：1）生产成本高目前，不论是液态氢、气态氢、储氢金属储存的氢，还有碳水化合物经过重整后转换的氢是燃料电池的唯一燃料。氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求很高。燃料电池的燃料的生产、运输、储存等成本较高。2）使用配套不足由于氢燃料的生产、储存、运输等都存在一定的安全隐患，因此加氢站等基础网络设施建设相对落后，这制约着燃料电池汽车的推广。3）需要配备辅助电池系统

燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收再生制动的反馈能量。通常在燃料电池汽车上须增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和在燃料电池汽车减速时接受再生制动时的能量。燃料电池汽车有哪些优缺点？虽然氢燃料电池汽车在环保方面有很大燃料电池电动汽车基本机构

纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。其主要缺点有：燃料电池的功率大，成本昂贵。

图7.1是采用“燃料电池+蓄电池”(FC+B)混合驱动形式的燃料电池电动汽车的动力系统结构。图7.1

基于这些不利因素，目前的燃料电池电动汽车主要采用的是混合驱动形式，即在燃料电池的基础上，增加了一组电池或超级电容作为另一动力源。燃料电池电动汽车基本机构纯燃料电池电动汽车只有燃燃料电池汽车有哪些结构类型？燃料电池汽车的结构多种多样，通常按动力源的组成进行分类。燃料电池汽车的动力源通常包括燃料电池系统（FuelCell）、蓄电池（Battery）、超级电容（Capacitor）。

①纯燃料电池驱动（PureFuelCell，PFC）的燃料电池电动汽车；PFC汽车结构原理图纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。但由于燃料电池无法实现充电，因此无法实现电动汽车的制动能量回收。燃料电池汽车有哪些结构类型？燃料电池汽车的结构多种多样，通常②燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的FCEV；在该动力系统结构中，燃料电池和蓄电池一起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动系，从而驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电池将储存回馈的能量。FC+B电动汽车结构原理图②燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的FCEV；FC+③燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的FCEV；这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似，只是把蓄电池换成超级电容。相对于蓄电池，超级电容充放电效率高，能量损失小，比蓄电池功率密度大，在回收制动能量方面比蓄电池有优势，循环寿命长，但是超级电容的能量密度较小。④燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）的FCEV燃料电池、蓄电池和超级电容一起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动系，驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电池和超级电容将储存回馈的能量。FC+B+C电动汽车③燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的FCEV；FC+B

它通常包括燃料电池系统、电机、蓄电池（超级电容）等功能部件组成。燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。典型燃料电池汽车结构它通常包括燃料电池系统、电机、蓄电池（超级电容）二、燃料电池系统图7．3典型的质子交换膜燃料电池系统示意图二、燃料电池系统图7．3典型的质子交换膜燃料电池系统示意三、燃料电池的发动机系统以氢气为燃料的燃料电池电动汽车的发动机系统三、燃料电池的发动机系统以氢气为燃料的燃料电池电动汽车的发动1）氢燃料电池发动机1）氢气供应、管理和回收2）氧气供应和管理系统3）水循环系统

4）电力管理系统

氢燃料电池发动机系统

燃料电池发动机系统DC/DC变换器

DC/DC变换器的基本功能：（1）当输入直流电压在一定范围内变化时，能输出负载要求的变化范围的直流电压。（2）输出负载要求的直流电流（范围）：能够输出足够的直流负载电流，并且能够允许在足够宽的负载变化范围的情况下设备能正常运行。（3）变换器是能量传递部件，因此需要转换效率高，以便提高能源的利用率；（4）为了降低对燃料电池的输出电压要求，变换器应具有升压功能；（5）由于燃料电池输出的不稳定，需要变换器闭环运行进行稳压，为了给驱动器稳定的输入，需要变换器有较好的动态调节能力；

驱动电机

DC/DC变换器的基本功能：（1）直流电机驱动系统采用换向器和电刷，保证了励磁磁动势与电枢磁动势的严格正交，易于控制。但直流电机结构复杂，其高速性能和可靠性受换向器和电刷的影响较大。（2）交流电机坚固耐用、结构简单、技术成熟、免维护、成本低，尤其适合恶劣的工作环境。其缺点在于损耗大、效率低、功率因数低，