汽车电驱动技术-第四章-燃料电池电动汽车技术课件

汽车电驱动技术本科生专业必修课课程教学大纲及教学安排目录第一章绪论第二章纯电动汽车第三章混合动力电动汽车第四章

燃料电池电动汽车技术第五章电动汽车的电机驱动系统第六章电动汽车的车载能量源系统第七章电动车辆的电动化辅助系统第八章电动汽车的基础设施汽车电驱动技术第四章燃料电池电动汽车技术概述-燃料电池电动汽车的概念燃料电池概念：是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”。燃料电池电动汽车：是电动汽车的一种基本类型，用于驱动汽车行驶的电能主要来自“燃料电池”，整车的燃料补给不同于动力电池电动汽车的充电方式(化学反应过程)，而采用机械式充电方式(燃料的装填和加注，物理过程)。概述-燃料电池电动汽车的优点

工作效率高。内燃机汽车的效率为11％左右，而以氢气为燃料的燃料电池汽车效率可达到50％~70％左右，甲醇重整产生氢气的燃料电池汽车效率可达到30％左右。可见燃料电池汽车的效率高于内燃机汽车。

节能、环保。燃料电池汽车使用能源主要是氢气，排放的主要物质是水，对于环境问题日益突出的地球来说，燃料电池汽车是内燃机汽车的理想替代。

结构简单和运行平稳。由于燃料电池汽车能量转换不涉及燃烧和热机做功，因此所需零件少，结构简单，振动和噪声小。PNGVFreedomCAR长远来看，氢燃料汽车是长途旅行的理想交通工具，混合动力汽车适于中距离的驾驶，而纯电动汽车最好用于短途通勤。燃料电池汽车的续驶里程已经可超过500英里。概述-燃料电池电动汽车得到各国重视概述-燃料电池电动汽车得到各国重视概述-燃料电池电动汽车得到各国重视概述-燃料电池电动汽车得到各国重视中国科技部”十五“863电动汽车重大专项项目超越三号-S3000超越三号-MPV超越三号-东方之子BK6110FCHEV型样车BF6120FCHEV型样车概述-燃料电池电动汽车得到各国重视中国科技部”十一五“863节能与新能源汽车重大项目

概述-燃料电池电动汽车得到各国重视燃料电池发动机、动力蓄电池、超级电容驱动电机、电机传动系总成、发动机新材料、新器件、共性技术、基础设施相关技术各

类

整

车

产

品

检测试验技术标准政策法规示范运营产业融资知识产权技术信息整车动力系统集成技术整车产品开发关键零部件技术共性基础技术公共支撑平台建设代用燃料汽车研发及新型燃料应用关键技术“节能与新能源汽车”重大项目总体布局燃料电池汽车动力系统技术平台混合动力汽车动力系统技术平台纯电动汽车动力系统技术平台概述-燃料电池电动汽车得到各国重视开展燃料电池电堆、发动机及其关键材料核心技术研究。把握世界新能源汽车发展动向，对其他类型的新能源汽车技术加大研究力度。

节能与新能源汽车产业发展规划以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水平。

概述-燃料电池电动汽车的缺点造价高。目前在燃料电池汽车上广泛使用的质子膜燃料电池需要贵金属Pt作为电催化剂，但是Pt的价格昂贵、资源匮乏，使得质子交换膜燃料电池的成本居高不下，限制了其大规模运用。氢气的储存、制备和运输。地球上的氢气资源丰富，但是如何获取且安全的安装到汽车上是燃料电池汽车所面临的一个难题。加氢站等基础设施建设。目前制约燃料电池汽车商业化的难题之一就是加氢站和基础设施的建设。教学提纲

燃料电池系统的组成和工作原理

典型的燃料电池汽车整车结构

燃料电池汽车的系统组成和工作原理

燃料电池汽车的示范运行和关键技术燃料电池的定义和工作原理燃料电池是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电装置”，是电化学反应的发生器。燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。氢氧燃料电池实际上就是一个电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能。氢气和氧气分别是燃料电池在电化学反应过程中的燃料和氧化剂。

燃料电池参与反应的化学物质，如氢和氧，是由燃料电池外部的单独供气系统供给的，只要保证物质供应的连续性，就可以保证能量输出的连续性。从这个意义上来讲，燃料电池本身是一个开放的发电装置。

燃料电池的定义和工作原理燃料电池的类别燃料电池种类：

高温≥750℃

直接式燃料电池

中温200～750℃

低温≤200℃

间接式燃料电池

再生式燃料电池

汽车用燃料电池的要求：常温下工作；电流密度高；免维护性好；耐振性与耐冲击性好；能够从低负荷到高负荷进行高效率运转；可以放置在冰点以下环境中。

燃料电池的类别阳极反应：阴极反应：燃料电池的类别-质子交换膜

质子交换膜燃料电池结构燃料电池的类别-质子交换膜燃料电池的类别-质子交换膜电堆优点：环境友好;效率较高，达60％~80％;对燃料适应性强，既可用纯氢，也可用转化燃料，氧化剂可用空气;工作温度低;比功率与比能量高;可变负荷运转。技术难关：

质子交换膜：杜邦的Nafion、日本的Asahi

电极催化剂：铂金

双极板：无孔石墨板

燃料电池的组装

反应气体的供给系统

水、热管理系统燃料电池的类别-质子交换膜燃料电池特点燃料电池发电系统的组成

增压式质子交换膜燃料电池燃料电池的类别-质子交换膜燃料电池系统

增压式质子交换膜燃料电池燃料电池的类别-质子交换膜燃料电池系统燃料电池发电系统技术

常压式质子交换膜燃料电池燃料电池发电系统技术

常压式质子交换膜燃料电池燃料电池发电系统技术燃料电池发电系统技术

增压与常压式质子交换膜燃料电池比较燃料电池发电系统技术

燃料电池发电系统水热管理系统结构燃料电池发电系统技术内增湿燃料电池发电系统技术外增湿燃料电池发电系统技术燃料电池发电系统技术86kW燃料电池发电系统技术90kW燃料电池发电系统技术燃料电池发电系统技术理论电池电压实际电池电压活化极化损失欧姆极化损失浓差极化损失输出电流输出电压燃料电池发电系统技术-工作特性

燃料电池电堆的效率

燃料电池发电系统的效率燃料电池发电系统技术-工作特性输出电流效率燃料电池发电系统技术-工作特性

启动特性

综合性能燃料电池发电系统技术-工作特性教学提纲

燃料电池系统的组成和工作原理

典型的燃料电池汽车整车结构

燃料电池汽车的系统组成和工作原理

燃料电池汽车的示范运行和关键技术燃料电池汽车的整车技术现代TUCSONFECV现代TUCSONFECV燃料电池汽车的整车技术整备质量：1765kg续驶里程：300kg，油箱：350bar气灌(3.5kg）燃料电池汽车的整车技术VWHyMotionTourAnFECV燃料电池汽车的整车技术VWHyMotionBoraFECVFCE:75kW/255Nm,0-100kph12.6s,350km/液氢(-2530C)燃料电池汽车的整车技术ToyotaFuelCellBus燃料电池汽车的整车技术ToyotaFuelCellBus燃料电池汽车的整车技术ToyotaFuelCellBus燃料电池汽车的整车技术ToyotaFuelCellBus燃料电池汽车的整车技术ToyotaFuelCellCar燃料电池汽车的整车技术ToyotaFuelCellCar燃料电池汽车的整车技术HondaFCXFuelCellCar燃料电池汽车的整车技术HondaFCXFuelCellCar燃料电池汽车的整车技术HondaFCXFuelCellCar燃料电池汽车的整车技术燃料电池汽车的整车技术DaimlerChryslerF-Cell燃料电池汽车的整车技术DaimlerChryslerF-Cell燃料电池汽车的整车技术DaimlerChryslerF-Cell燃料电池汽车的整车技术DaimlerChryslerCitaro燃料电池汽车的整车技术梅塞德斯奔驰Citaro燃料电池汽车的整车技术12mMercedes-BenzCitaro:续驶里程：200km(125miles)载客量：70；FCE:>200kW压缩氢车顶布置：350bar(5,000psi)最高车速：80km/h(50mph).电机＋AT后置.三个上车门（无台阶）超低地板设计DaimlerChryslerCitaro燃料电池汽车的整车技术燃料电池汽车的整车技术燃料电池汽车的整车技术燃料电池汽车的整车技术燃料电池电动汽车的动力系统传统燃料电池动力系统结构简单，易于实现控制相对容易

动态响应性能差无法吸收制动回馈能量电机控制器须有较宽的电压范围燃料电池功率过高设计

能量型燃料电池混合动力系统燃料电池电动汽车的动力系统动态响应性能较好高的系统电压有利于蓄电池实现制动回馈能量吸收

对于稳态负载效率较低

功率型燃料电池混合动力系统燃料电池电动汽车的动力系统动态响应性能较好效率最优化设计实现制动回馈能量吸收

系统控制复杂对燃料电池要求较高DC/DC须要支持双向变换电机控制器须有较宽的电压范围

燃料电池混合动力系统工作原理

工作特性互补，实现系统效率优化；

实现再生能量回收燃料电池混合动力系统工作原理

燃料电池单独驱动模式燃料电池混合动力系统工作原理

加速助力模式

辅助电池充电模式燃料电池混合动力系统工作原理

再生制动能量回收模式燃料电池混合动力系统工作原理燃料电池汽车关键技术-发动机技术

提高可靠性Ballard考核2000h/100000km

提高低温启动性能燃料电池汽车关键技术-发动机技术

提高功率密度燃料电池汽车关键技术-发动机技术

降低成本燃料电池汽车关键技术-发动机技术

发展动向燃料电池汽车关键技术-发动机技术燃料电池汽车关键技术-发动机技术燃料电池汽车关键技术-发动机技术

燃料电池汽车DC/DC变换器

提高比功率，效率

双向DC/DC

燃料电池汽车燃料制取技术

廉价氢气制取技术

氢气安全运输和加注技术

氢气站建设燃料电池汽车关键技术-整车技术

燃料电池汽车氢气安全技术燃料电池汽车关键技术-整车技术燃料电池汽车关键技术-整车技术

整车系统集成和控制技术教学提纲

燃料电池系统的组成和工作原理

典型的燃料电池汽车整车结构

燃料电池汽车的系统组成和工作原理

燃料电池汽车的示范运行和关键技术燃料电池示范运行项目燃料电池示范运行项目氢的制取技术

电解水制氢74~84%氢的制取技术氢的制取技术

电解水制氢

74~84%氢的制取技术

重整制氢高压重整器氢的制取技术

化学反应制氢

生物制氢

工业附属产物NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2氢的制取技术氢气的车载存储

气态储氢

液态储氢氢气的车载存储存储质量比5~7.5%

金属氢化物储氢金属氢化物储氢的机理为:某些金属或合金在一定条件下可与氢气发生反应,生成金属氢化物,生成的金属氢化物在适当的温度和压力下,又能将所吸收的氢气释放出来。用这种方法储氢的密度为标准状态下氢气的100