《新能源汽车技术》项目7

新能源汽车技术

授课教师：xxx授课时间：xxx绪论项目一纯电动汽车的概述项目二动力蓄电池及管理技术项目三驱动电机及控制技术项目四整车控制及轻量化技术项目五纯电动汽车其他关键技术项目六混合动力电动汽车项目七燃料电池电动汽车全课导航项目一纯电动汽车的概述项目七

燃料电池电动汽车燃料电池可将氢气等燃料及氧化剂所具有的化学能，通过电化学反应直接转换成电能，燃料电池电动汽车便是以燃料电池提供的电能为动力源，来驱动车辆行驶的。燃料电池电动汽车因具有高效率和接近零排放的特点，而被公认为具有广阔的发展前景。根据《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，2025年我国燃料电池电动汽车的保有量将达到5万辆。而根据近年来的发展势头，届时实际我国燃料电池电动汽车的保有量或远超预期。项目导读学习目标（1）掌握燃料电池的基本结构和工作原理。（2）熟悉燃料电池的分类和特点。（3）掌握燃料电池电动汽车的基本结构和工作原理。（4）熟悉燃料电池电动汽车的分类和特点。（5）掌握燃料电池电动汽车的关键技术（1）能够分析燃料电池的工作原理和特点。（2）能够分析燃料电池电动汽车的工作原理和特点。（3）能够分析燃料电池电动汽车的性能。（1）树立科技成才、技能报国的人生理想。（2）践行节能环保、共筑绿色家园的生活理念知识目标技能目标素质目标项目导航任务7.1认识燃料电池任务7.2认识燃料电池电动汽车任务7.3分析燃料电池电动汽车的性能任务7.1

认识燃料电池任务引入

2022年3月，国家发展改革委、国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，明确了氢的能源属性，是未来国家能源体系的组成部分，应充分发挥氢能清洁低碳的特点，推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。同时，明确氢能是战略性新兴产业的重点方向，是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。

燃料电池电动汽车现已成为全球多国打造“氢能社会”的重要抓手，也是汽车产业高质量发展的重要解决方案之一，众多汽车企业正在这一赛道上加速布局。燃料电池作为真正意义上“零排放”的清洁动力源，其发展也已被纳入我国“十四五”规划和2035年远景目标，未来燃料电池的产业导向将更加清晰，其产业顶层设计也将进一步完善。

任务要求:求学生从燃料电池的性能指标、基本结构、工作原理、分类和特点等方面认识燃料电池。任务引入表1知识与技能要求任务内容认识燃料电池学习程度识记理解应用学习任务燃料电池的基本结构和工作原理●燃料电池的性能指标●燃料电池的分类●燃料电池的特点●实训任务认识燃料电池的基本结构●分析燃料电池的工作原理和特点●自我勉励任务工单——认识整车控制系统1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，在实训车辆或整车实训平台上认识燃料电池的基本结构，分析燃料电池的工作原理和特点。序号名称型号与规格单位数量备注2．工具和器材准备

各小组查阅相关资料，熟悉实训所用燃料电池的结构特点和相关技术参数，并进行工作规划，将实训所需的工具和器材填入表2中。表2任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施各小组按照最终实施方案，系统地认识实训所用燃料电池，将实施内容及完成情况填入表3中班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表3相关知识7.1.1燃料电池的基本结构和工作原理7.1.2燃料电池的性能指标7.1.3燃料电池的分类7.1.4燃料电池的特点7.1.1燃料电池的基本结构和工作原理燃料电池主要由阴极、阳极、电解质和外部电路组成。燃料电池的工作原理与普通电化学电池类似，燃料（氢气）在阳极氧化，氧化剂（氧气）在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电流回路，如图1所示。图1点击播放微课视频不同于普通电化学电池，燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）储存在燃料电池之外，电极本身不包含活性物质，只作为催化转换元件。只要不断地提供燃料和氧化剂，燃料电池就能一直供电，因而可以认为其容量是无限的。7.1.2燃料电池的性能指标燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转换成电能的电化学装置。燃料电池的性能指标主要有额定电压、额定电流、额定功率、电流密度、功率密度、寿命、效率等。（1）额定电压（2）额定电流（3）额定功率（4）电流密度（5）功率密度（6）寿命（7）效率在特定工况条件下，在额定功率时燃料电池堆的端电压。制造商规定的最大连续电流，是在特定工况条件下，在额定功率时燃料电池堆的电流。在制造商规定的正常运行条件下，所设计的燃料电池发电系统的最大连续电输出功率。单位活性（有效）面积上通过的电流强度，单位为A/m2或A/cm2，是单个燃料电池的关键指标。燃料电池单位活性面积上的功率。燃料电池在一个规定的运行条件下，从首次启动到其电压降至低于规定的最低可接受电压时的时间间隔。设备输出的有用能量流和输入能量流之比，与能源利用率密切相关，是燃料电池的重要指标。7.1.3燃料电池的分类燃料电池根据使用的电解质种类的不同，质子交换膜燃料电池（PEMFC）碱性燃料电池（AFC）磷酸燃料电池（PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）固体氧化物燃料电池（SOFC）直接甲醇燃料电池（DMFC）7.1.3燃料电池的分类1．质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池采用具有离子交换能力的聚合物作为电解质，因此也称聚合物电解质燃料电池（PEFC）或固体聚合物燃料电池（SPFC），是目前应用最为广泛的燃料电池。质子交换膜燃料电池主要由质子交换膜、催化剂、电极（阳极与阴极）等组成。质子交换膜燃料电池的工作原理如图2所示。图2质子交换膜是质子交换膜燃料电池最重要的部件，其性能好坏直接影响电池的性能和寿命。质子交换膜不仅是一种将阳极的燃料与阴极的氧化剂隔开的隔膜材料，还是电解质和电极活性物质（催化剂）的基底，即兼具隔膜和电解质的作用；另外，它还是一种选择透过性膜，只允许氢离子通过。知识链接在阳极，氢气被转换为氢离子并释放出电子，电子通过外部电路回到电池阴极形成电流；与此同时，氢离子通过电池内部的质子交换膜到达阴极。在阴极，氧气转变为氧原子，氧原子得到从阳极传过来的电子变成氧离子，并与氢离子结合生成水。2．碱性燃料电池7.1.3燃料电池的分类碱性燃料电池的设计基本与质子交换膜燃料电池相似，但其使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质。3．磷酸燃料电池磷酸燃料电池是以磷酸水溶液作为电解质的一种酸性燃料电池。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的略高，为150～200℃，但仍需要使用白金催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作温度较高，其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的快。4．熔融碳酸盐燃料电池7.1.3燃料电池的分类熔融碳酸盐燃料电池是主要由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极和金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融碳酸盐。当温度加热到650℃时，碳酸盐会熔化，产生碳酸根离子，从阴极流向阳极，与氢离子结合生成水、二氧化碳和电子，电子通过外部电路返回阴极，从而完成循环放电。5．固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池使用离子导电氧化物作为电解质，是一种在中高温条件下工作的全固态电化学装置。固体氧化物燃料电池工作温度高，为800～1000℃。在固体氧化物燃料电池中，当氧离子从阴极移动到阳极时，氧化燃料气体（主要是氢气和一氧化碳的混合物）便在阳极生成电子，电子通过外部电路返回到阴极形成电流，从而完成循环放电。6．直接甲醇燃料电池7.1.3燃料电池的分类直接甲醇燃料电池通常以质子交换膜为电解质，直接使用气态或液态形式的甲醇作为燃料，而不需要通过重整器重整甲醇、汽油及天然气等来制氢气。

六种燃料电池的主要特征参数如表4所示。种类质子交换膜燃料电池碱性燃料电池磷酸燃料电池熔融碳酸盐燃料电池固体氧化物燃料电池直接甲醇燃料电池燃料氢气氢气氢气氢气、一氧化碳氢气、一氧化碳甲醇电解质质子交换膜碱溶液磷酸水溶液熔融碳酸盐固态二氧化锆质子交换膜工作温度80℃左右60～120℃170～210℃60～650℃1000℃左右80℃左右氧化剂空气或氧气氧气空气空气空气空气或氧气电极材料CCCNi-MNi-YSZC催化剂PtPt、NiPtNiNiPt寿命100000h10000h15000h13000h7000h100000h效率＞60%60%～70%40%～50%＞60%＞60%＞60%特性功率密度高，运行灵活，无腐蚀性效率高，有腐蚀性效率低，有腐蚀性效率高，控制复杂，有腐蚀性效率高，运行温度高，无腐蚀性功率密度高，运行灵活，无腐蚀性应用领域航天、军事、汽车、固定式用途航天、军事大客车、中小电厂、固定式用途大型电厂大型电厂、热站、固定式用途航天、军事、汽车、固定式用途7.1.3燃料电池的分类科研工作贵在不断钻研、不断创新，中国科技能有今天的成就正是全国科研工作者不懈努力、不断创新的体现。今后，我们在自己的工作岗位上也要爱岗敬业、钻研创新，充分利用国家为人民提供的良好资源，为实现中华民族伟大复兴贡献力量。大道至简7.1.4燃料电池的特点与动力蓄电池相比，燃料电池具有以下优点。（1）效率高（2）基本实现零污染（3）噪声低、寿命长（4）结构简单、运行平稳燃料电池在额定功率下的效率可达60%，在部分功率输出条件下效率可达70%，在过载功率输出条件下效率可达55%。燃料电池短时间的过载能力可达额定功率的200%，因此完全能够满足车辆在加速和爬坡时的动力性能要求。小贴士燃料电池的排放物主要是水、一氧化碳和二氧化碳等，属于“超低排放”。燃料电池是通过燃料和氧化剂分别在两个电极上发生反应，由电解质和外部电路构成回路，将反应中的化学能转换为电能，在整个工作过程中，没有噪声和机械振动的产生，从而减少了机械磨损，延长了寿命。燃料电池是在静态下完成能量转换的，结构比较简单；由于无机械振动，因此运行时比较平稳。（1）燃料种类单一（2）价格高（3）密封要求严格（4）需要配备辅助电池系统7.1.4燃料电池的特点燃料电池具有以下缺点。氢气是燃料电池的主要燃料，氢气的生产、储存、保管、运输和罐装都比较复杂，对安全性要求很高。制造成本高，价格昂贵。燃料电池有严格的密封要求，密封不良会导致氢气泄漏到燃料电池外面，降低氢气的利用率并严重影响燃料电池的效率，还会引起氢气燃烧事故。由于密封要求严格，因此燃料电池的制造工艺很复杂，维护也不方便。燃料电池可以持续发电，但不能充电、不能回收车辆的制动能量，因此通常需要在燃料电池电动汽车上增加辅助电池，用以储存富余的电能和回收制动能量。课堂小结任务7.2

认识燃料电池电动汽车相关知识根据中国汽车工业协会的统计数据，2022年，我国燃料电池电动汽车产销量分别为0.4万辆和0.3万辆。燃料电池电动汽车在产销量方面虽然远不及纯电动汽车和混合动力电动汽车，但其具有能量密度大、能量转换效率高、续驶里程局限小、排放几乎为零等特点，随着各项扶持政策的落地和相关技术的进步，未来将取得快速发展，并作为新能源汽车的重要分支，与纯电动汽车和混合动力电动汽车长期共存。

本任务要求：学生掌握燃料电池电动汽车的基本结构与工作原理，并了解它的分类方法和特点。任务引入表5知识与技能要求任务内容认识燃料电池电动汽车学习程度识记理解应用学习任务燃料电池电动汽车的基本结构●燃料电池电动汽车的工作原理●燃料电池电动汽车的分类●燃料电池电动汽车的特点●实训任务认识燃料电池电动汽车的基本结构●分析燃料电池电动汽车的工作原理和特点●自我勉励任务工单——认识燃料电池电动汽车1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，在实训车辆或整车实训平台上认识燃料电池电动汽车的基本结构，分析燃料电池电动汽车的工作原理和特点。序号名称内容描述单位数量备注2．工具和器材准备各小组查阅相关资料，熟悉实训所用燃料电池电动汽车的结构特点和相关技术参数，并进行工作规划，将实训所需的工具和器材填入表6中。表6任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地认识实训所用燃料电池电动汽车，将实施内容及完成情况填入表7中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表7相关知识7.2.1燃料电池电动汽车的基本结构7.2.2燃料电池电动汽车的工作原理7.2.3燃料电池电动汽车的分类7.2.4燃料电池电动汽车的特点7.2.1燃料电池电动汽车的基本结构燃料电池电动汽车是以燃料电池作为唯一动力源或主动力源的新能源汽车。目前，燃料电池电动汽车一般采用质子交换膜燃料电池。点击播放微课视频燃料电池电动汽车主要由燃料电池系统、辅助动力源、DC/DC变换器、驱动电机、控制系统、高压储氢罐等组成，如图3所示。图31．燃料电池系统7.2.1燃料电池电动汽车的基本结构

燃料电池系统为燃料电池电动汽车提供主要动力，其主要由燃料电池、供氧系统、排水系统、供氢系统、冷却系统等组成。2．辅助动力源辅助动力源主要用于燃料电池电动汽车的快速启动，储存制动能量回收系统提供的电能，以及为低压设备供电。辅助动力源通常有锂离子电池、超级电容、飞轮电池等类型。燃料电池电动汽车的设计方案不同，其所采用的辅助动力源也有所不同。燃料电池电动汽车可以从辅助动力源中选择一种与燃料电池组成双电源的混合动力系统，也可采用锂离子电池+超级电容+燃料电池或锂离子电池+飞轮电池+燃料电池的方式组成三电源的混合动力系统。配备辅助动力源的作用有以下几点。在车辆启动时，由辅助动力源提供电能，使燃料电池启动或驱动车辆起步。在车辆运行过程中，当燃料电池输出的电能大于车辆行驶所需的电能时，辅助动力源可用于储存燃料电池剩余的电能。在车辆加速或爬坡时，辅助动力源可协助供电，以弥补燃料电池输出功率的不足，使驱动电机获得足够的电能，从而产生满足车辆加速或爬坡所需的动力。向车辆的各种电子设备、电器提供工作所需的电能。在车辆制动时，由制动能量回收系统回收多余的制动能量，将其转换为电能并储存至辅助动力源中。7.2.1燃料电池电动汽车的基本结构2．辅助动力源辅助动力源的作用就像人体四肢上的关节。它虽然不起眼，但总在关键的地方发挥作用，没有它，燃料电池电动汽车将不能正常运行。这就像平凡生活中、平凡岗位上每个看似平凡的人，他们都有自己的价值，都在自己的位置上发挥着不平凡的作用。大道至简7.2.1燃料电池电动汽车的基本结构3．DC/DC变换器DC/DC变换器主要用于调节燃料电池的输出电压，由电子控制器控制。燃料电池的电流是单向流动的，电子控制器通过调节DC/DC变换器的输出电压，使燃料电池输出的较低电压上升至驱动电机工作所需的电压，如图4所示。图44．驱动电机驱动电机的作用是将燃料电池所提供的电能转换为电磁转矩，通过传动装置驱动车辆行驶。燃料电池电动汽车用的驱动电机主要有永磁直流电机、三相异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。驱动电机的选型必须结合整车开发目标，并综合考虑各类型驱动电机的特点。7.2.1燃料电池电动汽车的基本结构5．控制系统

控制系统用于控制燃料电池的反应过程和驱动电机的运行过程。控制系统主要由传感器、电控中心、各监控模块等组成。

传感器负责采集燃料电池电动汽车工作状态的信息，并反馈给电控中心；电控中心进而通过各监控模块控制燃料电池和驱动电机的运行。6．高压储氢罐高压储氢罐是氢气的储存装置，用于给燃料电池提供氢气。

为保证燃料电池电动汽车的续驶里程，轿车一般需要2～4个高压储氢罐，大客车一般需要5～10个高压储氢罐。7.2.2燃料电池电动汽车的工作原理燃料电池电动汽车通常以氢气或高含氢重整气作为燃料，其工作原理如图5所示。高压储氢罐中的氢气或高含氢重整气通过供氢系统进入燃料电池，大气中的氧气通过供氧系统进入燃料电池，氢气与氧气在燃料电池中发生氧化还原反应，产生化学能。燃料电池将化学能转换为电能，并通过DC/DC变换器变为稳定的直流电。直流电经过MCU变为交流电，为驱动电机供电。驱动电机产生的机械能经减速器传给驱动轮，驱动车辆行驶。图57.2.3燃料电池电动汽车的分类1．按有无其他储能装置分类燃料电池电动汽车按照有无其他储能装置，可分为：燃料电池电动汽车纯燃料电池电动汽车混合燃料电池电动汽车7.2.3燃料电池电动汽车的分类1．按有无其他储能装置分类1）纯燃料电池电动汽车纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，车辆需要的所有功率负荷都由燃料电池承担。纯燃料电池电动汽车的驱动系统将燃料电池产生的电能传递给驱动电机，驱动电机将电能转换为机械能再传递给减速器，驱动车辆行驶。纯燃料电池电动汽车动力系统的结构如图6所示。图6纯燃料电池电动汽车动力系统结构简单、部件少、控制容易，有利于整车的轻量化，提高了能量传递效率。燃料电池功率大、成本高，对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求。纯燃料电池电动汽车无法回收车辆制动能量，因此目前应用较少。7.2.3燃料电池电动汽车的分类1．按有无其他储能装置分类2）混合燃料电池电动汽车为了改善纯燃料电池电动汽车的缺点，在车上配备其他储能装置（如动力蓄电池、超级电容、飞轮电池等），便成为混合燃料电池电动汽车。在混合燃料电池电动汽车中，一般燃料电池与其他储能装置一起为驱动电机提供电能，驱动电机将电能转换为机械能再传递给减速器，驱动车辆行驶。燃料电池与锂离子电池联合驱动（FC+B）型燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）型燃料电池与锂离子电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）型混合燃料电池电动汽车按照动力源配置的不同，7.2.3燃料电池电动汽车的分类1．按有无其他储能装置分类2）混合燃料电池电动汽车（1）FC+B型：由燃料电池和锂离子电池一起为驱动电机提供能量，如图7（a）所示。优点：结构形式应用较为广泛，它具有整车成本低、燃料电池效率高等；缺点：整车质量较大、系统控制和整体布置困难等。（a）（2）FC+C型：与FC+B型的结构相似，只是把锂离子电池换成超级电容，如图7（b）所示。优点：相对于锂离子电池，超级电容充放电效率高，能量损失小，循环寿命长，缺点：但超级电容的能量密度较小。（3）FC+B+C型：由燃料电池、锂离子电池和超级电容一起为驱动电机提供能量，如图7（c）所示。优点：各动力源的分工更加明确，因此它们的优势也能得到更好地发挥；缺点：但是缺点也更加明显，整车质量明显增大、系统更加复杂。（b）（c）图7在混合燃料电池电动汽车中，由于储能装置可协助供电，因此可以适当减小燃料电池的功率。同时，储能装置还可用于车辆制动能量回收，可提高车辆的能量利用率。7.2.3燃料电池电动汽车的分类2．按所使用的燃料分类根据燃料电池所使用燃料的不同,燃料电池电动汽车直接燃料电池电动汽车重整燃料电池电动汽车1）直接燃料电池电动汽车直接燃料电池电动汽车的燃料主要是氢气。如图8所示为直接燃料电池电动汽车的基本结构。直接燃料电池电动汽车的排放物无污染，被认为是最理想的燃料电池电动汽车，但存在氢气的制取和储存困难等缺点。图87.2.3燃料电池电动汽车的分类2．按所使用的燃料分类2）重整燃料电池电动汽车重整燃料电池电动汽车的燃料主要有汽油、天然气、甲醇、甲烷、液化石油气等。重整燃料电池电动汽车的结构要比直接燃料电池电动汽车的复杂得多。甲醇重整燃料电池电动汽车需要对甲醇进行200℃左右的加热，以从中分解出氢气；汽油重整燃料电池电动汽车则需要对汽油进行1000℃左右的加热，以从中分解出氢气。无论采用什么燃料，重整燃料电池电动汽车均需设置重整装置，将其他燃料重整为燃料电池所需的氢气。如图9所示为重整燃料电池电动汽车的工作原理图97.2.4燃料电池电动汽车的特点1．优点燃料电池电动汽车直接通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电能，无热能转换过程，能量转换效率较高。燃料电池没有燃烧过程，当用纯氢作燃料时，生成物只有水，属于零排放；当用甲醇、汽油等作燃料时，生成物主要是水，接近零排放。（1）能量转换效率高（2）绿色环保（3）续驶里程长（4）过载能力强（5）低噪声（6）设计灵活燃料电池没有燃烧过程，当用纯氢作燃料时，生成物只有水，属于零排放；当用甲醇、汽油等作燃料时，生成物主要是水，接近零排放。燃料电池除了在较宽的工作范围内具有较高的工作效率外，其短时过载能力可达到额定功率的200%燃料电池系统除了空气压缩机和冷却系统外无其他运动部件，因此运行过程中振动小、噪声低。燃料电池可由若干个电池单体串联或并联而成，可根据质量分配均衡和空间有效利用的原则，机动灵活地进行配置。7.2.4燃料电池电动汽车的特点1．缺点（1）制造成本和使用成本过高（2）辅助设备复杂（3）启动时间长目前，由燃料电池提供1kWh电能的成本远高于各种动力蓄电池。燃料电池电动汽车因为需要高压、低温和防爆的特种储存罐，增加了结构和工艺的复杂性。燃料电池电动汽车的启动时间比传统汽车的启动时间长得多，影响其机动性能。

例如，直接燃料电池电动汽车的启动时间一般为3min，而采用甲醇或者汽油重整技术的燃料电池电动汽车的启动时间则长达10min。课堂小结任务7.3

分析燃料电池电动汽车的性能任务引入随着各国环保法规愈发严格，燃料电池电动汽车因具有节能、环保的特点而备受关注，越来越多的汽车企业加入燃料电池电动汽车的市场开拓中。总体来看，我国燃料电池电动汽车的发展有一定的基础。首先是生产能力，基础平台构建基本完成；其次是燃料电池技术，目前我国在这个方面有了不少核心技术突破；再者，燃料电池堆和关键部件实现了批量制造，空气压缩机、储氢罐等方面的发展也推动了燃料电池电动汽车的产业化。专家分析称，新能源汽车发展迅速，但是仍有一些必须攻克的技术难题，具体到燃料电池电动汽车，如技术优势欠缺、加氢站不足、运营成本偏高等问题有待解决。想要实现燃料电池电动汽车的全面发展，对其关键技术的研究很有必要。

本任务要求：学生熟悉燃料电池电动汽车的关键技术，并对燃料电池电动汽车的性能进行分析。任务引入表1知识与技能要求任务内容认识动力蓄电池学习程度识记理解应用学习任务燃料电池电动汽车的关键技术●燃料电池电动汽车的性能分析●实训任务分析燃料电池电动汽车的性能●自我勉励任务工单——分析燃料电池电动汽车的性能1．任务描述

学生以3～5人为一组，选出组长并进行任务分工。各小组根据实际情况，收集、整理相关技术资料，分析燃料电池电动汽车的性能。序号名称内容描述单位数量备注2．数据资料准备各小组查阅相关资料，熟悉燃料电池电动汽车的结构特点和相关技术参数，并进行工作规划，将实训所需的数据资料填入表9中。表9任务工单3．制订方案（1）各小组针对工作规划展开讨论，制订实施方案。（2）指导教师对各小组的实施方案给出评价。（3）各小组根据指导教师的评价对实施方案进行调整。（4）调整合格后的实施方案即最终实施方案。4．工作实施

各小组按照最终实施方案，系统地分析燃料电池电动汽车的性能，将实施内容及完成情况填入表10中。班级组号日期姓名学号指导教师实施内容完成情况任务总结表10相关知识7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术7.3.2燃料电池电动汽车的性能分析燃料电池技术车载储氢技术动力蓄电池技术驱动电机及其控制技术7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术燃料电池电动汽车的关键技术包括：整车布置技术整车热管理技术整车与动力系统的参数选择与优化设计能量管理策略7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术1．燃料电池技术燃料电池技术是燃料电池电动汽车发展最关键的技术之一。燃料电池系统的核心是燃料电池堆，目前燃料电池堆正在向着高性能、高效率和高耐久性方向发展。降低成本也是燃料电池堆的发展目标，降低成本的有效手段是减少催化剂、质子交换膜、双极板等的材料费用，降低膜电极制作、双极板加工和系统装配等的加工费用，但是如何在成本与系统性能之间做到平衡，依然需要深入研究。此外，燃料电池技术还需要攻克许多技术壁垒，如系统能量管理与变换、燃料电池热管理及低成本高性能辅助设施（包括空气压缩机、传感器和控制系统）的开发等。7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术2．车载储氢技术目前，燃料电池电动汽车大都以纯氢气为燃料，车载储氢技术是氢能走向规模化应用的关键。车载储氢技术对燃料电池电动汽车的动力性和续驶里程影响很大。常见的车载储氢技术有高压储氢、液态储氢和金属储氢等。如何有效减小车载储氢装置的质量与体积是车载储氢技术研究的重点。一个比较理想的方案是采用储氢材料与高压储氢容器复合的车载储氢新模式，即在高压储氢容器中装填质量较轻的储氢材料，这种装置与纯高压储氢方式相比，既可以降低储氢压力又可以提高储氢能力。复合式储氢模式的技术难点是如何开发吸放氢性能好、成形加工性良好、质量轻的储氢材料。7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术3．动力蓄电池技术动力蓄电池技术是燃料电池电动汽车发展的重要技术之一。燃料电池电动汽车所用的动力蓄电池相关技术前已述及，不再赘述。4．驱动电机及其控制技术驱动电机是燃料电池电动汽车的“心脏”，目前它正向着大功率、高转速、高效率和小型化的方向发展。

当前驱动电机主要有三相异步电机、永磁同步电机和永磁无刷直流电机等类型，其中永磁无刷直流电机因具有功率密度高、效率高、体积小、惯性低和响应快等优点，在新能源汽车领域有着广阔的应用前景。7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术5．整车布置技术燃料电池电动汽车在整车布置技术上需要解决以下关键问题：燃料电池及驱动电机的相关布置。动力蓄电池的车身布置。高压储氢罐的安全布置。高压安全防护系统的车身布置。这些核心部件的布置，不仅要考虑布置方案的优化空间及零部件性能实现的便利性，还要求相关方案必须考虑传统燃油汽车不具备的一些安全性问题。目前，燃料电池和驱动电机同时布置在前舱是一种技术趋势，动力蓄电池沿车身主轴纵向布置要好于零散布置，高压储氢罐的布置更多地需要考虑碰撞安全性。7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术6．整车热管理技术燃料电池自身的运行温度一般为60～70℃，散热系统工作温度约为60℃，两者温差不大，因此，必须依赖整车动力系统提供额外的冷却动力为系统散热，但这会影响整车的经济性。二者之间的平衡是整车热管理技术开发方面必须关注的。整车热管理系统各零部件留给整车布置的回旋余地很小，这就导致整车热管理系统的设计改良空间不大，因此必须开发专用的零部件（如冷凝器、高功率的冷却风扇等）。这就要求有丰富的整车热管理系统基础数据以支持相关开发设计，而这点正好是目前国内汽车企业所欠缺的。此外，与整车热管理系统密切相关的车用空调系统的开发也是汽车企业必须关注的。燃料电池电动汽车采用电动压缩机作为空调系统的动力源，空调系统也成为整车热管理系统开发的技术难点。7.3.1燃料电池电动汽车的关键技术7．整车与动力系统的参数选择与优化设计燃料电池电动汽车整车性能参数是整个燃料电池动力系统开发的信息来源，虚拟配置动力系统的特性参数也会影响整车性能。两者之间的参数选择是一个多变量、多目标的优化设计过程，而且参数选择与行驶工况和控制策略紧密相关，只有在建立准确的仿真模型的基础上，经过反复寻优计算，才有可能达到较好的设计结果。作为能量管理策略的一部分，制动能量回收是提高整车经济性的重要措施，也是技术难点，因为它必须综合考虑制动稳定性、制动效能、驾驶员的驾驶体验、动力蓄电池的充电接受能力等限制条件。8．能量管理策略能量管理策略对整车经济性的影响很大，且受到动力系统参数和行驶工况的双重影响。在能量管理策略的工况适应性开发完成后，还需要对其进行功率分配的优化，这时还需要考虑一些限制条件，如动力蓄电池容量的限制、各部件额定功率的限制等。可用作功率分配的决策输入量有很多，如S