第6章-燃料电池电动汽车.ppt

1、新能源汽车技术第一页，第六章燃料电池电动汽车，6.1概述6.2燃料电池电动汽车基本结构6.3燃料电池电动汽车驱动系统6.4燃料电池电动汽车模型实例，新能源汽车技术第二页，6.1概述，6.1.1燃料电池电动车类型FCEV可以根据主要燃料种类，(1)将纯氢分成以燃料为燃料的FCEV。(2)重组后的氢是燃料的FCEV。新能源汽车技术第3页，FCEV可分为(1)纯燃料电池驱动(PFC) FCEV，具体取决于“多电源”配置。(2)燃料电池和辅助蓄电池联合驱动(FC B)的FCEV(3)燃料电池和超级电容联合驱动(FC C)FCEV；(4)燃料电池和辅助蓄电池以及超级电力容量联合驱动(FC B C) FC

2、EV。6.1.1燃料电池电动汽车类型，新能源汽车技术第4页，1纯燃料电池驱动FCEV，1个纯燃料电池电动汽车燃料电池电源供应设备，汽车所有电力负荷均为燃料电池负担。驱动电机，传动系统，燃料电池系统，新能源汽车技术第5页，优点：(1)结构简单，系统控制和总体布置容易。(2)系统部件少，有利于车辆轻量化。(3)部件越少，总体能源传输效率越高。缺点：(1)燃料电池电力，成本高；(2)对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了高要求。(3)无法回收制动能量。1纯燃料电池驱动的FCEV，新能源汽车技术第6页，2燃料电池和辅助蓄电池联合驱动的FCEV，是典型的串行混合结构。在牙齿动力系统结构中，燃料电池和蓄电

3、池一起为驱动马达提供能源，驱动马达将电力转换为机械能传输系统来驱动汽车。汽车制动时，驱动马达将成为发电机，蓄电池将存储反馈的能量。FCEV结构、驱动电动机、传动系、燃料电池系统、蓄电池、新能源汽车技术第8页，优点：(1)添加了比电力价钱便宜得多的蓄电池组，燃料电池电力要求大大低于纯燃料电池结构，从而大大降低了车辆成本。(2)燃料电池可以在较好设置的工作条件下工作，工作时燃料电池的效率牙齿较高。(3)对燃料电池动态响应性能的系统要求低。(4)汽车的冷起动性能好。(5)采用制动能量反馈可以在汽车制动时回收部分动能(可以提高整个车辆的能效)。2燃料电池及辅助蓄电池共同驱动的FCEV，新能源汽车技术第

4、9页，缺点：(1)使用蓄电池提高车辆质量，动力性和经济性受到影响，在能源复合混合动力汽车中更为明显。(2)蓄电池充放电过程存在能量损失。(3)系统变得复杂，系统控制和整体部署变得困难。2燃料电池和辅助蓄电池共同驱动FCEV，新能源汽车技术第10页，3燃料电池和超级电力容量共同驱动FCEV，牙齿结构类似于燃料电池蓄电池结构，但将蓄电池改为超级电力容量。超级电容充电和放电效率与蓄电池相比能量损失小，大于蓄电池功率密度，制动能量回收具有蓄电池对比优势，周期寿命长，但超级电容能量密度大小小。新能源汽车技术第11页，4燃料电池和辅助蓄电池与超级电气容量联合驱动的FCEV、燃料电池和蓄电池，以及超级电气容

5、量联合驱动的电动汽车动力系统结构也是串行混合结构。燃料电池、蓄电池、超级电容都为驱动马达提供能源，驱动马达将电力转换为机械能传输系统来驱动汽车。汽车制动时，驱动马达成为发电机，蓄电池、超级电容等存储反馈的能量。，燃料电池蓄电池10超级电容格式动力系统结构图，驱动电动机，传动系，燃料电池系统，蓄电池，超级电容，新能源汽车技术第13页，这种结构的优点比燃料电池电池的结构更明显。尤其是在零件效率、动态特性、制动能量反馈等方面。缺点也更加明显。(1)超级电能容量增加，系统质量提高；(2)系统变得更加复杂，系统控制和整个布局的难度加大。4燃料电池和辅助蓄电池及超级电气容量联合驱动的FCEV，新能源汽车技

6、术第14页，6.1.2燃料电池电动汽车特征，1。燃料电池汽车的优点：(1)高效率：达到30%以上；(2)连续里程长度；(3)绿色环境保护：产物只有水，属于零排放。(。(4)过载能力强。(5)低噪音：操作过程中噪音和振动较小。(6)设计方便灵活。新能源汽车技术第15页，第2页。燃料电池电动汽车的主要缺点，(1)燃料电池汽车的制造成本和使用成本牙齿太高，(2)辅助设备复杂，质量和体积大，新能源汽车技术第16页，6.1.3燃料电池电动汽车燃料电池基本要求，(1)燃料电池比能源大于150200Wh /kg，非电力大于30044必须满足或超过美国高级电池协会(USABC)提出的电池性能和寿命指标。(2)

7、-20条件下运行和工作，具有可靠的安全性和密封性，不发生燃气冰和燃气泄漏。(3)各种结构件具有足够的强度和可靠性，可以在负载变化时正常工作。能够承受FCEV行驶过程中的震动和冲击。新能源汽车技术第17页，(4)除FCEV排放达到零污染要求外，电力性能要求基本达到或接近内燃机汽车的电力性能水平，性能稳定可靠。(5)各种辅助技术设备的外形尺寸和辅助技术设备的质量必须最小化，以满足FCEV的装载要求。(6)燃料充电方便快捷，燃料电池易于电极和催化剂的更换和维修。(7)配置的辅助电源供应装置必须满足提供启动功率和存储制动反馈功率的要求。6.1.3燃料电池电动汽车燃料电池基本要求，新能源汽车技术第18页

8、，6.1.4燃料电池电动汽车核心技术，1燃料电池系统燃料电池燃料电池汽车开发的最重要技术之一。燃料电池堆技术的发展趋势可以评价为以下四个茄子因素：耐久性、低温启动温度、净输出功率和制造成本。降低成本也是燃料电池堆研究的目标。控制成本的有效手段是减少材料成本(传记催化剂、电解质膜、阳极板等)，降低加工成本(膜电极制作、阳极板加工、系统组装等)。新能源汽车技术第19页，二次储氢系统、储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键。目前常见的车辆用储氢系统有高压储氢、低温储存液氢、金属氢化物储氢等三种茄子基本方案。如何有效地减少储氢系统的质量和体积是汽车储氢技术发展的重点。一种茄子理想方案是利用储氢材料和高

9、压储氢复合进行车用储氢的新模式。(威廉莎士比亚，储氢，储氢，储氢，储氢，储氢，储氢，储氢)，新能源汽车技术第20页，三级电容器系统，汽车庆典系统包括铅酸电池，镍氢蓄电池，锂离子电池等蓄电池和电化学超级电容器。(1)铅酸电池电量低，充电时间长，今后电动汽车动力系统的可能性小。(2)镍氢蓄电池具有高比能、高功率、快速充电放电、耐久性等特性牙齿，是目前混合动力汽车和电动汽车中应用最广泛的绿色动力轴心系统。新能源汽车技术第21页，(3)比锂离子电池能源大，比电力高，磁放电小，无记忆效应，循环特性，快速放电等优点。(4)超级电容器能在短时间内提供或吸收大功率。蓄电池数十倍，高效率，数以万计的循环寿命，非

10、常长的存储寿命，工作温度范围，可用的基础材料价钱，可以作为混合动力车的有效轴转系统。三次庆典系统，新能源汽车技术第22页，4电机和控制技术，驱动电机向高功率、高速速度、高效率和小型化方向发展，成为燃料电池电动汽车心脏。目前驱动电机主要是柔道电机和永磁无刷电机，永磁无刷电机具有高功率密度、高效率、小大小、惯性低、响应快等优点，在电动汽车方面有广泛的应用前景。新能源汽车技术第23页，第5批，燃料电池汽车在车辆布局上存在以下主要问题：燃料电池引擎和马达的相关布局动力电池组的车身布局，氢气瓶的安全布局高压电气安全系统的车身布局问题。这些核心部件的部署不仅要考虑部署方案的最优化和部件性能实施的便利性，还

11、要考虑相关方案没有现有汽车的安全问题。新能源汽车技术第24、6页车辆热量管理，(1)燃料电池发动机本身的运行温度约为6070，实际冷却系统运行温度约为60，需要依靠车辆动力系统提供额外的冷却动力，因此两者之间的平衡应关注热量管理的开发。(2)目前，车辆各部件的体积为车辆布局留出了较少的回旋余地，冷却系统设计的改善空间不大，不能采用通用解决方案，必须开发专用部件。新能源汽车技术第25页，7车辆和动力系统参数选择和最优化设计，燃料电池汽车性能参数全燃料电池动力系统开发信息输入，虚拟配置的动力系统特性参数也会影响项目车辆性能。两者之间的参数选择是多变量多目标最优化设计过程，参数选择与运行条件和控制策

12、略密切相关。新能源汽车技术第26页，8个以上能源动力系统能源管理战略，能源管理战略对燃料经济有重大影响，并受到动力系统参数和驾驶条件的双重影响。能源管理战略的工作条件适应性开发完成后，核心问题转变为电力分配优化，还要考虑几个茄子限制。根据是否考虑这些变量的历史状态，可以将电力分配策略分为瞬时和非瞬时策略两类茄子。新能源汽车技术第27页，6.2燃料电池电动汽车基本结构，目前燃料电池电动汽车大多数采用混合燃料电池驱动系统，并行和串行两种。串行、并行、新能源汽车技术第30页，6.2.1燃料电池引擎，为确保FCEV采用的燃料电池引擎中PEMFC组的正常运行，还具备氢供应系统、氧气供应系统、煤气加湿系统

13、、反应生成等。新能源汽车技术第31页，1 .以氢为燃料的燃料电池引擎系统，(1)氢供应、管理和回收系统气体氢储存装置通常装入高压储液罐。液态氢比气体氢高，但液态氢处于高压状态，因此不仅要用高压气瓶储存，还要用低温保温装置维持低温，低温保温装置是一个复杂的系统。(2)氧气供应和管理系统氧气的来源是从空气中获取氧气或从氧气罐中获取氧气，空气要用压缩机提高压力，加快燃料电池反应的速度。新能源汽车技术第32页，(3)水循环系统燃料电池引擎在反应过程中产生水和热，在水循环系统中用冷凝器、空气分离器、泵等处理反应产生的水和热，其中一些可以用于空气的加湿。(4)电力管理系统燃料电池生成直流、DC/DC转换器

14、电压调节需要、交流电动机驱动系统、逆变器需要将直流转换为三相交流。1 .以氢为燃料的燃料电池引擎系统、燃料电池引擎系统、储氢罐氢压力调节器换热器氢循环泵冷凝器和空气分离器泵空气压缩机加湿器和非离子过滤器装置燃料电池组电源开关转换器驱动马达、氢为燃料，部署了基本结构模型。驱动轮驱动系统驱动电机、变频器、辅助电源设备、燃料电池发动机、空气压缩机、8氢储罐、氢供应系统、中央控制器、11转换器、氢可储存燃料、新能源汽车技术35页、(1)甲醇存储设备、甲醇可储存在普通容器中，不需要压力或制冷。(2)燃烧器、加热器和蒸发器甲醇进入重整装置之前，必须蒸发成甲醇和纯净水的混合物。(。(3)每个改性器中碳氢化合

15、物的改性技术不同，在改性过程中温度和压力可能不同。(4)氢净化器改性器产生的H2含有少量CO，因此必须净化H2。2以甲醇为燃料的燃料电池引擎、燃料电池引擎系统、具有甲醇储罐燃烧器的改造器净化装置氢循环泵冷凝器和空气分离器泵空气压缩机加湿器和非离子过滤器装置燃料电池组电源开关转换器逆变驱动电动机、甲醇为燃料。驱动轮驱动系统驱动电机逆变辅助电源设备燃料电池发动机空气压缩机8重整器9甲醇罐制氢系统辅助设备中央控制器11转换器，总布置基本型号，甲醇为燃料，新能源汽车技术38页，6.2.2辅助电源供应设备，FCEV中燃料电池引擎为主要电源供应设备，还配备辅助电源供应设备。根据FCEV的设计，使用的辅助动

16、力源也不同，可以使用蓄电池组、飞轮储能装置或大容量电容器等配置冗馀电源系统。在配备双电源供应器的FCEV中，驱动马达的电源供应器可能表示以下驱动模式：新能源汽车技术第39页，(1) FCEV启动时，辅助动力源移动燃料电池引擎或车辆。(2)车辆行驶时，提供由燃料电池引擎驱动所需的所有电力，其余电力存储在辅助动力装置中。(3)在加速和爬升时，如果燃料电池引擎提供的功率不足以满足FCEV驱动功率要求，则辅助动力源将提供额外的功率，以最大限度地提高驱动电动机的功率或转矩。燃料电池引擎和辅助动力源同时供电的双电源供应设备的供电模式。(4)存储制动时反馈的电力，并为车辆的各种电子和传记设备提供必要的电力。6.2.2辅助电源，新能源汽车技术第40页，6.2.3 DC/DC转换器，1设备DC/DC的必要性FCEV有其自身的特性，仅提供燃料电池直流电，电压和电流取决于输出电流。燃料电池不能接受外部电源供应设备的充电，电流的方向只是单向流。FCEV使用的辅助电源供应器(蓄电池和超级电容器)在充放电时也会流向直流，但电流的方向是可逆流动。FCEV中各种电源供应设备的电压和电流因