《新能源汽车构造》课件-5.燃料电池汽车

燃料电池汽车思考燃料电池汽车是一种新能源技术，那么什么样的汽车可以称之为燃料电池汽车呢？燃料电池汽车的定义电动汽车的能源补充场景燃料电池汽车的能源补充场景能源转换：电能-化学能-电能-动能补充的能源是电能锂离子电池是电能存储的地方能源转换天然气汽车：内能-机械能-动能（×）燃料电池汽车：氢能-电能-动能补充的能源是氢能燃料电池是它的核心部件燃料电池汽车的定义定义：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。注意：氢气并不是燃料电池汽车唯一可以使用的燃料，甲醇等化学燃料也可以驱动燃料电池汽车研发、推动燃料电池汽车应用的目的是希望能够减少化石能源依赖和环境污染，因此，燃料电池汽车使用得更多的还是H2。燃料电池的工作原理思考燃料电池是如何工作，将H2转换为电能，最终驱动汽车行驶的？燃料电池的工作原理（负极，anode）（氧化反应）催化剂催化剂（正极，cathode）（还原反应）离子交换膜浸润了电解质的离子交换膜燃料电池的工作原理图：促进反应的发生只允许离子通过，且对离子具有选择性为离子在两极之间的迁移提供通道燃料电池的工作原理定义：燃料电池主要是由电极、燃料、催化剂、离子交换膜和电解质构成。两个电极被一个位于它们之间的、浸润了电解质的离子交换膜分开，膜的两侧涂有催化剂，加速两极燃料的电化学反应，燃料H2在阳极氧化，氧化剂O2在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。燃料电池的分类思考如果阳极侧是发生的其他反应，产生的其他离子，它是否可以通过离子交换膜呢？（氧化反应）催化剂催化剂（还原反应）浸润了电解质的离子交换膜燃料电池的分类类型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阳极反应H2→2H++2e-H2+2OH-→2H2O+2e-H2→2H++2e-H2+CO32-→CO2+H2O+2e-H2+O2-→H2O+2e-阴极反应1/2O2+2H++2e-→H2OO2+2H2O+4e-→4OH-1/2O2+2H++2e-→H2O1/2O2+CO2+2e-→CO32-1/2O2+2e-→O2-燃料H2或甲醇或天然气H2或NH3H2和CO2H2和CO2H2或CO或CH4电解质固态离子交换膜NaOH/KOHH3PO4KLiCO3或NaLiCO3ZrO2/Y2O3导电离子H+OH-H+CO32-O2-催化剂Pt/CPt/CPtNiRuO2氧化剂空气O2空气空气空气工作温度（℃）≤100≤100≤200600~700800~1000功率密度（W/kg）340~300035~105120~18030~4015~20寿命（h）1000001000015000130007000发电效率（%）40~4540~4540~4545~6045~70技术现状高度发展，成本高高度发展高度发展，成本高，余热利用率低实验阶段研发廉价技术实验阶段提升电池寿命应用领域移动电源，清洁电站航天工业特殊区域供电区域供电联合发电，区域供电根据电解质类型的不同分类根据工作温度的不同分类低温燃料电池中温燃料电池高温燃料电池不同类型燃料电池的参数特性表：成本、电池性能→两极之间的导电离子→两极的化学反应、电解质、离子交换膜、燃料、氧化剂、催化剂燃料电池汽车的优缺点思考与纯电动汽车，以及燃油汽车相比，燃料电池汽车有什么优缺点呢？燃油汽车

纯电动汽车

燃料电池汽车燃料电池汽车的优缺点燃料电池汽车优势：能量转换效率高零排放或近似零排放车辆性能更接近燃油汽车性能运行平稳，补充能源快、续航时间长问题：安全性要求较高生产成本高配套设施建设相对落后需要辅助系统燃料电池汽车的动力系统分类思考燃料电池汽车除了燃料电池之外，还需要其他的动力部分吗？燃料电池汽车的动力系统分类燃料电池汽车实质上也是电动汽车的一种，通过电机控制驱动。燃料电池虽然是电池，但是并不能存储电能，燃料H2即输即用。燃料电池汽车的动力系统分类燃料电池汽车的动力系统分类：（1）纯燃料电池汽车：只有燃料电池只有一个动力源，汽车运行时的所有功率负荷都由燃料电池承担。特点：整车结构简单不能回收制动能量，造成能量浪费整车的动态响应较差燃料电池汽车的动力系统分类特点：超级电容器的充放电效率高，能量损失小，功率密度大，循环寿命长能量密度较小整车自重增加，结构复杂燃料电池汽车的动力系统分类特点：超级电容器的充放电效率高，能量损失小，功率密度大，循环寿命长能量密度较小整车自重增加，结构复杂燃料电池汽车的动力系统分类特点：实现燃料电池高能量密度和超级电容器高功率密度的有效结合，同时提高蓄电池用于驱动时辅助能量的发挥。增加整车质量、提高成本，不易控制。燃料电池汽车的总体结构思考驱动燃料电池汽车需要哪些器件？燃料电池汽车的总体结构1、燃料的输入：进气口输入空气，高压储氢罐输入氢气；2、氧气和氢气被输送到燃料电池堆栈；3、化学反应产生电流和水蒸气；4、电流输送到电机；5、电机带动车辆前进；6、排出水蒸气。燃料电池汽车的总体结构燃料电池堆：核心部件，发生氧化还原反应，产生电能。氢气供应、管理和回收系统：将氢气压力稳定在合适的范围内，保证燃料电池堆的稳定运行；监控氢气泄漏。氧气供应和管理系统：将空气中的氧气输送至燃料电池堆，与氢气发生反应。水循环系统：确保燃料电池堆和蓄电池组在工作过程中保持合适的温度稳定运行。蓄电池组：负责平滑输出燃料电池的电能，以及为车辆提供瞬时高压动力。电机及驱动系统：将电能转化为动能，驱动汽车行驶。控制系统：负责协调和管理各个部件的工作。燃料电池汽车行业现状思考全球销售的燃料电池汽车有多少？燃料电池汽车行业现状3,925燃料电池销售量逐年增加，但与千万级销量的全球新能源汽车市场相比，氢燃料电池汽车市场规模尚小。燃料电池汽车行业现状现代NEXO至2022年以来：全球保有量32416辆本土保有量28927辆仅2022年：全球销量10079辆本土销量718辆。丰田MIRAI至2022年以来：全球总销量达到21,864辆本土销量7,466辆仅2022年：全球销量3,924辆，本土销量848辆燃料电池汽车行业现状燃料电池汽车的增长带动了加氢站的增长。燃料电池汽车行业现状未来燃料电池汽车产业发展，需要车端和氢端共同发力。氢燃料电池汽车在新能源汽车类型中所占的市场规模尚小，加氢站氢源和氢气价格是制约燃料电池汽车推广更大的“拦路虎”。典型的燃料电池汽车——丰田Mirai典型的燃料电池汽车——丰田Mirai丰田汽车1992年，开始涉足燃料电池汽车领域，推出燃料电池原型车——ElectroTown1997年，推出燃料电池汽车“Mirai”，该车搭载了一个功率为113千瓦的燃料电池系统，续航里程达到了480公里。2013年，燃料电池汽车“Mirai”正式上市——快冲3分钟、续航600公里、只排水不排碳、零下30摄氏度畅行无阻、避难野营时可作为移动应急发电站对外供电2017年，丰田与特斯拉联合推出ModelS燃料电池版正式上市

2020年，推出第二代燃料电池汽车“Mirai”，该车在性能、续航里程、加氢时间等方面再次实现突破。典型的燃料电池汽车——丰田Mirai燃料电池系统部件布局：典型的燃料电池汽车——丰田Mirai整车性能：前后轴荷50:50的分配，增强车辆的操控性能通过从噪声源降低噪音，改进部件安装结构以降低噪音传播强度，降低燃料电池系统组件的运行噪音高压保护防氢气泄露防护功能辅助驾驶系统典型的燃料电池汽车——现代NEXO典型的燃料电池汽车——现代NEXO现代汽车1998年，设立了专业研发机构，致力于氢燃料电池技术的研发与应用。2004年，推出首款燃料电池概念车——Hyundai2005年，现代汽车与美国通用汽车公司签署合作协议，共同研发燃料电池汽车技术。

2006年，推出第二款燃料电池概念车——Tucson燃料电池SUV2013年，推出燃料电池汽车——ix35，并在韩国和欧洲18个国家小规模销售,实现了千辆规模的市场表现。

2018年，燃料电池汽车——Nexo正式上市。Nexo几乎代表了当时全球氢燃料电池车的最高水平，受到韩国本土、美国、欧洲及澳洲等地消费者的青睐，现代汽车也从此在燃料电池汽车领域站稳脚跟，崭露头角。2019年，宣布将在2025年之前投资2.6万亿韩元，约合23亿美元，用于燃料电池汽车的研发与生产，计划在2025年氢燃料电池车销量达到11万台，2030年燃料电池系统的年产能达到70万套，整车的年产能达到50万台，2040年纯电动车和氢燃料电池车的销售份额达到集团总量的80%，2045年将只销售零排放车辆2020年12月，发布氢燃料电池系统专属品牌——HTWO。典型的燃料电池汽车——现代NEXONexo特点：借助减重车身、提高动力效率、以及增加燃料电池堆功率密度等措施，提升续航里程电机、电控和燃料电池堆一体化，实现高度集成化引入锂离子电池组作为辅助系统，提升能源利用率我国燃料电池汽车简介我国燃料电池汽车简介我国燃料电池汽车简介长城汽车2016年，长城汽车在氢能领域已具有一定的技术积累。2021年，长城汽车在氢能战略全球发布会上，宣布采取“商乘并举”模式，通过场景探索带动技术及产业发展，加速产品落地。同时宣布在2021年将推出全球首款C级氢燃料电池SUV。我国燃料电池汽车简介长安汽车2022年，长安汽车推出国内首款量产氢能燃料电池汽车——深蓝SL03氢电版。该车百公里氢能耗只需0.65kg，实现1kg氢气发电20.5度，做到3分钟超快补能。我国燃料