燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)

1、燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)第 四 章 燃料電池車的基本組成和結(jié)構(gòu)現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容n概述n燃料電池車的結(jié)構(gòu)n燃料電池車的關(guān)鍵問題燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)1、燃料電池介紹 燃料電池燃料電池是一種將持續(xù)供給的燃料和氧是一種將持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學(xué)能連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)裝置?；瘎┲械幕瘜W(xué)能連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)化成電能的化學(xué)裝置。車用兩種：車用兩種： 2002 年年1 月月9 日，日， 美國能源部宣布新的汽車研究美國能源部宣布新的汽車研究項(xiàng)目，項(xiàng)目，項(xiàng)目，長期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高效、價(jià)廉、項(xiàng)目，長期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高效、價(jià)廉、無污染：研究先進(jìn)、高效的燃料電池

2、技術(shù)，用氫燃料作無污染：研究先進(jìn)、高效的燃料電池技術(shù)，用氫燃料作動(dòng)力，不產(chǎn)生任何污染。該項(xiàng)目繼續(xù)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行專動(dòng)力，不產(chǎn)生任何污染。該項(xiàng)目繼續(xù)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行專項(xiàng)研究，但是重點(diǎn)是發(fā)展氫燃料電池電動(dòng)汽車。項(xiàng)研究，但是重點(diǎn)是發(fā)展氫燃料電池電動(dòng)汽車。 燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu) eHH222OHe2H2O2122OHO21H222陽極：陽極： 陰極：陰極： 電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)： 質(zhì)子交換膜燃料電池單體主要由膜電極（陽質(zhì)子交換膜燃料電池單體主要由膜電極（陽極、陰極）、質(zhì)子交換膜和集流板組成。極、陰極）、質(zhì)子交換膜和集流板組成。其具體反應(yīng)步驟為：經(jīng)增濕后的其具體反應(yīng)步驟為：經(jīng)增濕后的H2和和O

3、2分別進(jìn)入陽極分別進(jìn)入陽極室和陰極室，經(jīng)電極擴(kuò)散層擴(kuò)散到達(dá)催化層和質(zhì)子交換室和陰極室，經(jīng)電極擴(kuò)散層擴(kuò)散到達(dá)催化層和質(zhì)子交換膜的界面，分別在催化劑作用下發(fā)生氧化和還原反應(yīng)：膜的界面，分別在催化劑作用下發(fā)生氧化和還原反應(yīng)：燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)質(zhì)子交換膜燃料電池的反應(yīng)原理質(zhì)子交換膜燃料電池的反應(yīng)原理 陽極反應(yīng)生成的質(zhì)子（陽極反應(yīng)生成的質(zhì)子（H H+ +）通過質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)到達(dá)）通過質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)到達(dá)陰極，陽極反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過外電路到達(dá)陰極。生成的陰極，陽極反應(yīng)產(chǎn)生的電子通過外電路到達(dá)陰極。生成的水以水蒸汽或冷凝水的形式由過剩的陰極反應(yīng)氣體從陰極水以水蒸汽或冷凝水的形式由過剩的陰極反應(yīng)氣

4、體從陰極室排出。室排出。燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池的優(yōu)勢：（1）效率高，燃料電池的化學(xué)反應(yīng)不受卡諾循環(huán)的限制，理論上能量效率可接近80，實(shí)際效率已達(dá)5070%。（2）清潔無污染。（3）效率隨輸出功率變化的特性好，燃料電池的效率在額定功率附近可達(dá)60，部分功率下運(yùn)行時(shí)效率會(huì)高于額定功率下的效率，可達(dá)約70%，過載功率下運(yùn)行時(shí)效率略低于額定功率的效率，可達(dá)5055。燃料電池的效率隨輸出功率變化的特性比內(nèi)燃機(jī)更適合于汽車的實(shí)際運(yùn)行。（4）過載能力強(qiáng)，燃料電池的短時(shí)過載能力可達(dá)200的額定功率，更適合于汽車的加速、爬坡等工況。（5）設(shè)計(jì)方便性（6）低噪音燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃

5、料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池的不足：燃料電池的不足：1、壓縮氫氣存儲(chǔ)空間問題。2、存儲(chǔ)的安全性及系統(tǒng)效率。3、氫燃料的供給設(shè)施燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)甲醇經(jīng)過重整甲醇經(jīng)過重整, , 重整產(chǎn)物為氫氣、碳氧化物。重整產(chǎn)物為氫氣、碳氧化物。甲醇在重整器中發(fā)生的反應(yīng)如下：甲醇在重整器中發(fā)生的反應(yīng)如下：燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池大客車燃料電池大客車2、燃料電池車示例、燃料電池車示例 燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)Fuel Cell Bus of Daimler-ChryslerFuel Cell Bus of Daimler-Chrysler燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及

6、結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)外形尺寸 (mm):11,0702,4903,420 滿載總質(zhì)量 (kg)：15,000載客數(shù)（人）：50最高車速 (km/h)：70最大爬坡度：15%加速性能 (050km/h)：30s續(xù)駛里程 (km)： 200 (40km/h勻速，儲(chǔ)氫瓶壓力15MPa)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)Chinese National FCB Demonstration 超過超過8000km 8000km 的的道路行駛試驗(yàn)道路行駛試驗(yàn)20042004年年5 5月月2727日在天日在天安門廣場展示安門廣場展示燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)

7、整車造型與色彩設(shè)計(jì)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)整車性能指標(biāo)性能指標(biāo)性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果最高車速（最高車速（km/h)86.4最大爬坡度（）最大爬坡度（）18050km/h加速時(shí)間加速時(shí)間(s)30.90一次加氫一次加氫(40km/h勻速勻速)續(xù)駛里程續(xù)駛里程(km)568.7(按按35MPa計(jì)算）計(jì)算）氫消耗量（氫消耗量（kg/100km)4.848等效油耗（汽油等效油耗（汽油L/100km)18.3加速車外噪聲（加速車外噪聲（dB(A)）76.3燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)汽車爬坡試驗(yàn)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)Performances Mot

8、or power：24kW (60 kW)FCE power： 30 kWBattery ： 50AHMax speed： 110 km/hGrade ability ： 20Acceleration：15.9sRange ： 220 kmEfficient： 0.98 kg/100km燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)1、燃料電池車工作原理、燃料電池車工作原理車輛控制器電動(dòng)機(jī)控制器電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)裝置燃料電池系統(tǒng)電子接口設(shè)備輔助電源功率控制單元峰值電源溫度控制單元車輪制動(dòng)踏板加速踏板方向盤車輪電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)能源子系統(tǒng)輔助子系統(tǒng)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)1、燃

9、料電池車工作原理、燃料電池車工作原理急劇加速狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)于峰值功率指令，燃料電池系統(tǒng)與峰值電源兩者都向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置供給牽引功率；在制動(dòng)狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，將部分制動(dòng)能量變換為電能，并儲(chǔ)存在峰值電源中；當(dāng)負(fù)載功率小于燃料電池系統(tǒng)的額度功率時(shí)，峰值電源也能從燃料電池系統(tǒng)補(bǔ)充、恢復(fù)其能量。燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)2、燃料電池控制策略、燃料電池控制策略功能：1）電動(dòng)機(jī)的輸出功率始終滿足功率要求；2）峰值電源的能級(jí)始終維持在最佳范圍；3）燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行在其最佳運(yùn)行區(qū)。燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)2、燃料電池控制策略、燃料電池控制策略1）停頓模式燃料電池系統(tǒng)和峰值電源都不向驅(qū)動(dòng)

10、系供給功率，燃料電池系統(tǒng)可運(yùn)行在空載狀態(tài)。2）制動(dòng)模式燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行在空載狀態(tài)，而峰值電源依據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行特性吸收再生制動(dòng)能量。燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)2、燃料電池控制策略、燃料電池控制策略3）牽引模式若電動(dòng)機(jī)輸入功率大于燃料電池系統(tǒng)的額定功率，則應(yīng)用混合牽引模式。燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行在其額定功率狀態(tài)，而剩余的功率的功率需求由峰值電源供應(yīng)。B. 若電動(dòng)機(jī)輸入功率小于燃料電池系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最小功率，且峰值電源需要充電，則燃料電池系統(tǒng)以額定功率運(yùn)行，一部分功率用于驅(qū)動(dòng)系，另一部分功率用于峰值電源。弱峰值電源不需要充電，則燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行于空載狀態(tài)，由峰值電源單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛。C. 若負(fù)載功率大于燃料

11、電池鎖預(yù)設(shè)的最小功率，并小于燃料電池的額度功率，同時(shí)峰值電源不需要充電，則由燃料電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛。若峰值電源需要充電，則燃料電池系統(tǒng)以額度功率運(yùn)行，其一部分功率用于驅(qū)動(dòng)車輛，另一部分功率用于向峰值電源充電。燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)3、布置形式、布置形式問題：成本、重量、耗氫、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、無法制動(dòng)回收問題：成本、重量、耗氫、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、無法制動(dòng)回收燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)問題：電池、控制復(fù)雜問題：電池、控制復(fù)雜燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)問題：可回饋、性能優(yōu)、容量小問題：可回饋、性能優(yōu)、容量小燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)問題：電池、系統(tǒng)復(fù)雜問題：電池、系統(tǒng)復(fù)雜燃料電池電動(dòng)汽車

12、基本組成以及結(jié)構(gòu)問題：對(duì)電池有利、飛輪問題：對(duì)電池有利、飛輪燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)4、整體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、整體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力燃料電池大客車原理混合動(dòng)力燃料電池大客車原理燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)電動(dòng)車控制器燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)型系統(tǒng)構(gòu)型上海神力上海神力燃料電池燃料電池130kW雙向雙向DCDC放電：放電：50kW充電：充電：20kW鎳氫或鋰離子電池鎳氫或鋰離子電池80100Ah200250V驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定額定100kW最大最大180kW目標(biāo)樣車目標(biāo)樣車燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)豐田燃料

13、電池車市客車豐田燃料電池車市客車FCHV 燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)戴姆勒戴姆勒-克萊斯勒燃料電池城市客車克萊斯勒燃料電池城市客車 燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池轎車燃料電池轎車燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)1、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性節(jié)省耗氫，匹配優(yōu)化2、安全性、安全性技術(shù)難點(diǎn)：耗氫估計(jì)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)氫安全氫安全電安全電安全結(jié)構(gòu)安全結(jié)構(gòu)安全高電壓高電壓大電流大電流人體觸電防護(hù)人體觸電防護(hù)電磁波對(duì)周邊影響電磁波對(duì)周邊影響氫泄漏氫泄漏滯留滯留氫易燃易爆性氫易燃易爆性氫脆性氫脆性高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)的碰撞保護(hù)高壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)的碰撞保護(hù)高壓電系統(tǒng)的碰撞保護(hù)高壓電系統(tǒng)的碰撞保護(hù)輕量化帶來

14、的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題輕量化帶來的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)照片照片 1 時(shí)間時(shí)間: 0分分, 0 秒秒 氫燃料車輛在左邊，汽氫燃料車輛在左邊，汽油車輛在右邊油車輛在右邊 燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)照片照片 2 時(shí)間時(shí)間: 0分分, 3 秒秒 兩種燃料點(diǎn)火，氫流兩種燃料點(diǎn)火，氫流量量2100SCFM，汽油流量，汽油流量680CC/min燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)照片照片 3 時(shí)間時(shí)間: 1分分, 0 秒，氫流量減退，汽油車火秒，氫流量減退，汽油車火焰擴(kuò)大焰擴(kuò)大燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)照片照片4 時(shí)間時(shí)

15、間: 1分分, 30 秒，秒，燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)照片照片 5 時(shí)間時(shí)間: 2 分分, 20 秒秒 內(nèi)部爆燃內(nèi)部爆燃 燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)照片照片 6 時(shí)間時(shí)間: 2 分分, 40 秒秒 駕駛座側(cè)后輪胎爆裂駕駛座側(cè)后輪胎爆裂燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)50照片照片 7 時(shí)間時(shí)間: 2 分分, 40 秒秒 駕駛座側(cè)后輪胎駕駛座側(cè)后輪胎爆裂的殘片飛到乘客側(cè)爆裂的殘片飛到乘客側(cè)燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)抗沖擊測試（左邊是高空墜落，右邊是槍擊）抗沖擊測試（左邊是高空墜落，右邊是槍擊） 燃料電池電動(dòng)汽車基本組成以及結(jié)構(gòu)高壓氫氣罐耐高溫測試高壓氫氣罐耐高溫測試 抗沖擊測試后進(jìn)行評(píng)估抗沖擊測試后進(jìn)行評(píng)估 燃料