汽车新技术 第三章2 新能源及绿色汽车(韩伟)

1、现代汽车新技术现代汽车新技术白云学院白云学院 机电工程学院机电工程学院 韩韩 伟伟燃料电池汽车的工作原理燃料电池汽车的工作原理燃料电池汽车的分类燃料电池汽车的分类燃料电池汽车的发展趋势燃料电池汽车的发展趋势混合动力汽车的发展混合动力汽车的发展燃料电池汽车和混合动力汽车燃料电池汽车和混合动力汽车燃料电池汽车燃料电池汽车 FCVFCV（Fuel cell vehicles Fuel cell vehicles ）燃料电池汽车是电动汽燃料电池汽车是电动汽车的一种，其核心部件车的一种，其核心部件燃料电池的电能是通过燃料电池的电能是通过氢气和氧气的化学作用，氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接而不

2、是经过燃烧，直接变成电能变成电能一、燃料电池汽车的工作过程和原理一、燃料电池汽车的工作过程和原理燃料电池汽车的工作原理燃料电池汽车的工作原理是，使作为燃料的氢在汽是，使作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，大气中的氧发生化学反应，产生出电能发动电动机，产生出电能发动电动机，由电动机带动汽车中的机由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽械传动结构，进而带动汽车的前后万向轴、后桥等车的前后万向轴、后桥等行走机械结构，转动车轮行走机械结构，转动车轮驱动汽车。驱动汽车。1 1、燃料电池汽车工作原理：、燃料电池汽车工作原理：2 2、燃料电池汽车的工作过程

3、及排放物、燃料电池汽车的工作过程及排放物核心部件燃料电池采用的核心部件燃料电池采用的能源间接来源是甲醇、天能源间接来源是甲醇、天然气、汽油等烃类化学物然气、汽油等烃类化学物质，通过相关的燃料重整质，通过相关的燃料重整器发生化学反应间接地提器发生化学反应间接地提取氢元素；直接来源就是取氢元素；直接来源就是石化裂解反应提取的纯液石化裂解反应提取的纯液化氢。化氢。燃料电池的反应结果将会燃料电池的反应结果将会产生极度少的二氧化碳和产生极度少的二氧化碳和氮氧化物，这类化学反应氮氧化物，这类化学反应除了电能外的副产品主要除了电能外的副产品主要产生水，因此燃料电池汽产生水，因此燃料电池汽车被称为绿色的新型环

4、保车被称为绿色的新型环保汽车。汽车。燃料电池汽车的优点：燃料电池汽车的优点：零排放或近似零排放零排放或近似零排放 减少了机油泄漏带来的水污染减少了机油泄漏带来的水污染 降低了温室气体的排放降低了温室气体的排放 提高了燃油经济性提高了燃油经济性 提高了发动机燃烧效率提高了发动机燃烧效率 运行平稳、无噪声运行平稳、无噪声 二、燃料电池汽车的分类：二、燃料电池汽车的分类：1 1、按照氢燃料供应方式分：、按照氢燃料供应方式分：燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车辆直接携带着纯氢燃料，另外一些车辆有可能装有燃辆直接携带着纯氢燃料，另外一些车辆有可能

5、装有燃料重整器，能将烃类燃料转化为富氢气体。料重整器，能将烃类燃料转化为富氢气体。(i(i）非重整型式：）非重整型式：车上装有氢罐，供给燃料电池。车上装有氢罐，供给燃料电池。(ii)(ii)重整式：重整式：车上装有液体燃料，利用车上装置制造车上装有液体燃料，利用车上装置制造氢气，供给燃料电池，通常称制氢装置为重整装式氢气，供给燃料电池，通常称制氢装置为重整装式( (或或重整器重整器) )。 燃料电池是使氢与空气中的氧进行反应的发电装置。燃料电池是使氢与空气中的氧进行反应的发电装置。在车上制造氢的燃料电池车称为重整型式燃料电池车。在车上制造氢的燃料电池车称为重整型式燃料电池车。燃料电池车具有高效

6、率、低污染的特点。燃料电池车具有高效率、低污染的特点。2 2、按照燃料不同分为：、按照燃料不同分为：(1)(1)氢燃料电池汽车氢燃料电池汽车 为了满足必要的续驶里为了满足必要的续驶里程，必须在车上装有足够的氢，程，必须在车上装有足够的氢，然而这将是非常困难的。氢的然而这将是非常困难的。氢的供应网络建设是一个重要的问供应网络建设是一个重要的问题。与重整式相比较，非重整题。与重整式相比较，非重整型式燃料电池车构造简单，燃型式燃料电池车构造简单，燃料电池系统的车载容量、重量料电池系统的车载容量、重量都可以减少，而且由于非重整，都可以减少，而且由于非重整，可以增加整车使用效率，这些可以增加整车使用效率

7、，这些均是它的优点。均是它的优点。 (2)(2)甲醇重整燃料电池汽车甲醇重整燃料电池汽车 甲醇与汽油等其他液体燃料相比，比较容易重整，而甲醇与汽油等其他液体燃料相比，比较容易重整，而且可以从包括再生资源的多种原料中进行制造。与汽油、且可以从包括再生资源的多种原料中进行制造。与汽油、轻油一样。供油时间短，并积累了许多管理经验，社会化轻油一样。供油时间短，并积累了许多管理经验，社会化使用的基础设施建设和完善比较容易。使用的基础设施建设和完善比较容易。(3)(3)汽油重整燃料电池汽车汽油重整燃料电池汽车 与甲醇比较，汽油重整复杂而且效率低。但是作为重整与甲醇比较，汽油重整复杂而且效率低。但是作为重整

8、用原料具有约用原料具有约2 2倍于甲醇重整的氢，另一方面汽油供应站已倍于甲醇重整的氢，另一方面汽油供应站已经普及并完善，从用户心理方面来讲也易于接受，因此它经普及并完善，从用户心理方面来讲也易于接受，因此它是最易于投入使用的燃料电池汽车。是最易于投入使用的燃料电池汽车。三、燃料电池汽车的发展趋势三、燃料电池汽车的发展趋势1 1、电动汽车的关键技术：、电动汽车的关键技术：能源动力技术包括能源动力技术包括电池技术、电机技术、控制器电池技术、电机技术、控制器技术技术。电池技术、电机技术和控制器技术是电动。电池技术、电机技术和控制器技术是电动汽车所特有的技术，这汽车所特有的技术，这3 3项技术也是一直

9、制约电项技术也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。动汽车大规模进入市场的关键因素。20012001年以来，在世界范围内燃料电池技术已经取年以来，在世界范围内燃料电池技术已经取得了重大的进展。在开发燃料电池汽车中仍然存得了重大的进展。在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高在着技术性挑战，如燃料电池组的一体化，提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力，并已取得了显著的进步。并已取得了显著的进步。3 3、电池技术、电池技术 电池是电动

10、汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量比能量(E) (E) 、能量密度、能量密度(Ed)(Ed)、比功率、比功率(P)(P)、循环寿命、循环寿命(L)(L)和成本和成本(C)(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池高效电池 德国奔驰公司和西门子公司合作于德国奔驰公司和西门子公司合作于19961996年推出了装有年推

11、出了装有PEMFCPEMFC的的NECARllNECARll小客车。小客车。20092009年，德国主要的汽车和年，德国主要的汽车和能源公司就与政府联合启动了能源公司就与政府联合启动了“H2MobilityInitiative”H2MobilityInitiative”计划。按照计划，德国将计划。按照计划，德国将在在20152015年建成年建成10001000个加氢站，开始实现燃料电池动力个加氢站，开始实现燃料电池动力汽车的大规模商业化，到汽车的大规模商业化，到20202020年将有年将有100100万辆电动车和万辆电动车和5050万辆燃料电池汽车投入使用万辆燃料电池汽车投入使用 奔驰奔驰B

12、B燃料电池车燃料电池车 所有的动力系统全部位于车的底部，并且是位于前后所有的动力系统全部位于车的底部，并且是位于前后轴之间，组成了所谓的治车身，而据的工程师介绍这轴之间，组成了所谓的治车身，而据的工程师介绍这样的布局也是从安全的角度考虑，经过他们的碰撞试样的布局也是从安全的角度考虑，经过他们的碰撞试验证实，这样的结构最能保证安全性。验证实，这样的结构最能保证安全性。 绿色部分就是储存氢气的高压罐，压力可以达到绿色部分就是储存氢气的高压罐，压力可以达到700700巴，一共有三个，全部都是高强度的碳纤维材质，每巴，一共有三个，全部都是高强度的碳纤维材质，每个储气罐可以储存大约个储气罐可以储存大约4

13、kg4kg的气态燃料，这些燃料可以的气态燃料，这些燃料可以让车辆连续行驶让车辆连续行驶400400公里公里蓝色部分则是氢燃料反应堆，也是车辆动力的来源，蓝色部分则是氢燃料反应堆，也是车辆动力的来源，储存的氢气与前方压缩机吸入的空气结合发生反应，储存的氢气与前方压缩机吸入的空气结合发生反应，产生出的电能输送到前面的电动机，驱动车辆行驶产生出的电能输送到前面的电动机，驱动车辆行驶 如果需要补充氢气的话，在特定的高压氢气补给站每如果需要补充氢气的话，在特定的高压氢气补给站每辆车只需要辆车只需要3 3分钟就可以将燃料充满，而要是通过移动分钟就可以将燃料充满，而要是通过移动补给站进行燃料补充，补给站进行

14、燃料补充，2020分钟也能够充满。这样的效分钟也能够充满。这样的效率也是使用电池的纯电动车所无法比拟的，电池车充率也是使用电池的纯电动车所无法比拟的，电池车充电少则几个小时，多则十几个小时，宝贵的时间就在电少则几个小时，多则十几个小时，宝贵的时间就在这样的等待中浪费了这样的等待中浪费了 B B级燃料车内饰的变化主要有亮点，一个就是仪表盘，之级燃料车内饰的变化主要有亮点，一个就是仪表盘，之前的转速表已经变成了输出表，能显示你当前的输出。前的转速表已经变成了输出表，能显示你当前的输出。表左边的绿色刻度是代表锂电池的能量多少，如果启表左边的绿色刻度是代表锂电池的能量多少，如果启动车辆时指针在动车辆时

15、指针在0 0刻度的位置，则电池不需要充电，而刻度的位置，则电池不需要充电，而如果是在如果是在0 0以下的刻度，则电池需要充电。另外，右侧以下的刻度，则电池需要充电。另外，右侧小的油量仪表现在已经是显示氢气的储存量了，而左小的油量仪表现在已经是显示氢气的储存量了，而左侧的仪表官方人员解释说如果在侧的仪表官方人员解释说如果在MAXMAX位置则表示可以正位置则表示可以正常行驶常行驶 燃料电池车的中央液晶显示屏上同样有能量输出的显燃料电池车的中央液晶显示屏上同样有能量输出的显示，示， 从这里你能清楚的看到能量的走势，包括电池的从这里你能清楚的看到能量的走势，包括电池的充放电，能量输出以及回收的状态等充

16、放电，能量输出以及回收的状态等 四、混合动力汽车四、混合动力汽车混合动力驱动车辆在运行中，能向蓄电池组补充电能，混合动力驱动车辆在运行中，能向蓄电池组补充电能，因此，没有必要像电动车因此，没有必要像电动车( (电瓶车电瓶车) )那样，必须停歇在那样，必须停歇在车库车库( (或充电站点或充电站点) )内花很长时间充电。混合动力驱动内花很长时间充电。混合动力驱动的车辆具有节能、低排放、低噪声等优点，并且保持的车辆具有节能、低排放、低噪声等优点，并且保持了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固有特点。了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固有特点。混合动力驱动的车辆不论在小轿车或大型车辆混合动力驱动

17、的车辆不论在小轿车或大型车辆( (如公共汽如公共汽车车) )领域中，均将有巨大的发展潜力和看好的市场前景。领域中，均将有巨大的发展潜力和看好的市场前景。混合动力汽车通过将发动机、充电电池和电动机的最佳组混合动力汽车通过将发动机、充电电池和电动机的最佳组合，既可以提高发动机工作效率、节省能源，又可以清洁合，既可以提高发动机工作效率、节省能源，又可以清洁排放，减少环境污染。排放，减少环境污染。这种车除发动机可对电池充电外，这种车除发动机可对电池充电外，在减速时动力回收再生，制动器可以将机械能转换成电能，在减速时动力回收再生，制动器可以将机械能转换成电能，避免了能量的浪费。装用了混合动力系统的汽车燃

18、料经济避免了能量的浪费。装用了混合动力系统的汽车燃料经济性比普通汽车可提高性比普通汽车可提高1 1倍，同时引起地球变暖的倍，同时引起地球变暖的COCO2 2排放量排放量减少一半减少一半 动力装置动力装置( (蓄电池驱动的电动机与汽油机蓄电池驱动的电动机与汽油机) )的组合方的组合方式分为串联式式分为串联式、并联式和混联式三种，前者是指两并联式和混联式三种，前者是指两种动力装置直列式安排，前级的功率输出转变为后种动力装置直列式安排，前级的功率输出转变为后级动力输出，在串联式和并联式中可以分为以下级动力输出，在串联式和并联式中可以分为以下5 5种种（课本（课本8181页）：页）：内燃机间接通过蓄电池，可以支援电动机的型式。内燃机间接通过蓄电池，可以支援电动机的型式。内燃机的输出功率向电动机传送电流，此外，向蓄内燃机的输出功率向电动机传送电流，此外，向蓄电池充电的直接方式与间接方式的支援电动机的型电池充电的直接方式与间接方式的支援电动机的型式。式。在串联式中，具有二个驱动装置，对前后车轮分别在串联式中，具有二个