走进新能源汽车课件-燃料电池汽车的闪亮登场

走进新能源汽车

燃料电池汽车的闪亮登场想一想：你听说过燃料电池吗？你对燃料电池有哪些了解？哼哼哼，英雄总是在关键时刻闪亮登场的啊！目录CONTENTS哪种燃料动力有前途？1最新最高效的能源燃料电池动力系统=燃料+电池？2燃料电池的构成及原理化学能转化为动能效率高3能量的转化效率随身携带“氢弹”的汽车4氢氧燃料电池汽车的特点1.哪种燃料动力有前途？燃料电池的种类繁多，通常可以依据其状态、工作温度、燃料种类、电解质类型进行分类。按电解质分类的类型中，每种类型的电解质的工作状态如下表：电池类型操作温度，℃比功率，W/kg燃料氧化剂电解质启动时间AFC50-20035-105纯氢纯氧气氢氧化钾，有腐蚀，液体几分钟PAFC180-210120-180甲醇、天然气、氢气氧气、空气磷酸，有腐蚀，液体碳2-4hMCFC630-70030-40甲醇、天然气、氢气、煤气氧气、空气碳酸锂/碳酸钾，有腐蚀，液体>10hSOFC750-100015-20甲醇、天然气、氢气、煤气氧气、空气掺钇氧化锆，有腐蚀，液体>10hPEMFC25-100340-1500氢气氧气、空气磺酸盐聚合体，无腐蚀、固体几分钟其中现在最常用的是PEMFC电池。2.燃料电池动力系统=燃料+电池？（1）燃料电池单独驱动FCEV燃料电池单独驱动的FCEV，其动力源唯一，仅靠燃料电池支持整车运转。优点：①结构简单，便于实现系统控制和整体布局。②系统部件少，有利于整车的轻量化。③较少的部件使得整体的能量传递效率高。缺点：①燃料电池功率大，成本高。②对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求。③不能进行制动能量回收。（2）“燃料电池十辅助蓄电池”混合驱动的FCEV优点：①由于增加了辅助蓄电池联合驱动，且辅助蓄电池的价格低廉的多，从而较大幅度地降低了整车成本。②降低了对燃料电池动态特性的要求。③能够回收再生制动能量，增加整车的能量效率。④汽车的冷启动性能较好。⑤在车辆起步的时候和功率需求量不大的时候，蓄电池可以单独输出能量。⑥燃料电池单独或与动力电池共同提供持续功率，在车辆启动、爬坡和加速等峰值功率需求时，动力电池提供峰值功率。⑦由于蓄电池分担了能量需求变化的高频部分，燃料电池可以在比较好的设定的工作条件下工作，工作时燃料电池的效率进一步提高。⑧蓄电池技术比较成熟，可以在一定程度上弥补燃料电池技术上的不足。缺点：①蓄电池的使用增加了驱动系统的重量、体积和复杂性，使整车的动力性和经济性受到影响。②蓄电池充放电过程会有能量损耗，影响了能量转换效率。③增加了蓄电池的维护和更换费用。④系统的复杂化，增加了系统控制和整体布置的难度。该动力系统结构中，有燃料电池和蓄电池两个动力源。（3）“燃料电池+辅助蓄电池+超级电容”混合驱动的FCEV在燃料电池与辅助蓄电池混合驱动的FCEV的电压总线上再并联一组超级电容，用于提供加速或吸收紧急制动的尖峰电流，减轻蓄电池负担，延长其使用寿命。优点①燃料电池的能量输出更为平缓，随时间变化波动较小②各动力源的分工更加明显，使得它们的优势也得到了更好的发挥。缺点①增加了超级电容，整个系统的质量增加。②增加了超级电容，系统更加复杂化，系统控制和整体布置的难度也随之增大。3.化学能转化为动能效率高氢燃料电池车的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。氢氧燃料电池的工作原理：与内燃机汽车相比，氢燃料电池电动汽车有害气体的排放量减少99%，CO2的生成量减少75%，清洁又环保。又由于燃料电池没有活塞或涡轮等机械部件及中间环节，不经历热机过程，不受热力循环（卡诺循环）限制，所以氢燃料的能量转换效率极高，燃料电池的化学能转换效率实际可达60%～80%，是普通内燃机热效率的2～3倍(汽油机和柴油机汽车整车效率分别为16%-18%和22%～24%)。氢燃料就是这么霸道！能量转换效率高，还清洁环保！想一想：氢燃料电池中的氢气如何制备？4.随身携带“氢弹”的汽车？我随身携带燃料是“氢弹”吗？别开玩笑了，并没有那么可怕，装载氢气的装置安全性很高，没问题哟！燃料电池汽车从以下方面来保证安全：(1)制造安全要求标准高

我国对燃料电池电动汽车的安全标准提出了很高的要求，制定了十几项燃料电池汽车标准，从技术要求到试验方法等都已颁布，如《GB/T24549燃料电池电动汽车安全要求》，《GB/T29124—2012氢燃料电池汽车示范运行配套设施规范》，《GB/T29123-2012示范运行氢燃料电池电动汽车技术规范》、《燃料电池电动汽车车载氢系统试验方法》、《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》等，这些标准中安全占的篇幅超过了50%。(2)先进技术确保安全质子交换膜PEMFC电堆主要通过两个方面安全控制：一个是电池组的保护，需要在检测到电压和温度异常之后，可以在极短时间内切断氢气和空气的供给，从而避免事故的发生。另外一方面是氢气的监控，这是主要的安全隐患。丰田和奔驰公司对其FCEV的综合测试结果表明，即使在工作状态下对电堆进行穿刺短路，都不会引起电堆火灾和爆炸发生，这主要是因为电堆内部氢气的量并不大，而且氢气/空气可以迅速被切断。针对电堆本身来说，氢气的泄漏点主要有两处，一处是在氢气供给接口，另外一处是膜、膜电极组（MEA）的层叠间隙处。当前的氢气传感器技术不论是在灵敏度还是可靠性方面都已经非常成熟，可以保证控制系统在极短时间内切断氢气气路，从而避免氢气在动力舱的积累。(3)储氢系统的安全性PEMFC系统最大的安全隐患在于储氢罐。目前FC-EV普遍采用的是玻璃纤维/碳纤维增强超高压铝瓶储氢，压力可以高达700Mpa。氢气储存量取决于铝瓶的容积和数量，目前几大汽车公司的FCEV普遍装载5-10Kg的氢气，可以满足350-700Km的续航里程。一般而言，氢气的爆炸体积范围在13-59%。什么条件下可能引起爆炸？德国BMW、Daimler-Benz和中国汽研中心等国内外很多研究机构也都做过氢燃料电池的碰撞、泡水、跌落实验，储氢罐的碰撞和灼烧试验以及燃料电池汽车整车的碰撞试验，均未出现重大安全问题。当然，燃料电池汽车安全性问题需要在量产的基础上进行大规模的测试和数据采集