燃料電池車介紹

1、新能源汽車技術(shù)新能源汽車技術(shù)課程課程 學(xué)校：河南工業(yè)大學(xué)學(xué)校：河南工業(yè)大學(xué) 學(xué)院：機電工程學(xué)院學(xué)院：機電工程學(xué)院 專業(yè)：車輛工程專業(yè)：車輛工程2011.9.20本課程總體內(nèi)容框架l第一章：緒論第一章：緒論l第二章：電動汽車用動力電池第二章：電動汽車用動力電池l 第三章：電動汽車用電動機第三章：電動汽車用電動機l 第四章：純電動汽車第四章：純電動汽車l 第五章：混合動力電動汽車第五章：混合動力電動汽車l 第六章：燃料電池電動汽車第六章：燃料電池電動汽車l 第七章：其它新能源汽車第七章：其它新能源汽車l6.16.1：概述：概述l6.26.2：燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)：燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)l

2、6.36.3：燃料電池電動汽車的傳動系統(tǒng)：燃料電池電動汽車的傳動系統(tǒng)l6.46.4：燃料電池電動汽車發(fā)展歷程：燃料電池電動汽車發(fā)展歷程3第五章第五章 混合動力電動汽車混合動力電動汽車l質(zhì)子交換膜燃料電池（質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）可作為燃料電池電動汽車）可作為燃料電池電動汽車的電源，是一種使用氫氣和氧氣作為反應(yīng)物、反應(yīng)副產(chǎn)物只有的電源，是一種使用氫氣和氧氣作為反應(yīng)物、反應(yīng)副產(chǎn)物只有水的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無污染，且起動快、壽水的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無污染，且起動快、壽命長、比功率和比能量高等優(yōu)點，其在汽車動力領(lǐng)域的應(yīng)用最命長、比功率和比能量高等優(yōu)點，其在汽車動力領(lǐng)域的

3、應(yīng)用最為引人注目，被喻為二十一世紀(jì)改變?nèi)祟惿畹氖蟾呖萍贾疄橐俗⒛?，被喻為二十一世紀(jì)改變?nèi)祟惿畹氖蟾呖萍贾?。首。lPEMFC的工作原理的工作原理陽極反應(yīng)：陽極反應(yīng)： H H2 22H2H+ +2e+2e- - 陰極反應(yīng)：陰極反應(yīng)： 0.5O0.5O2 2+2H+2H+ +2e+2e- -HH2 2O O 電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)： H H2 2+0.5O+0.5O2 2HH2 2O O 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述5l燃料電池電動汽車的類型燃料電池電動汽車的類型u按主要燃料種類可分為：按主要燃料種類可分為：以純氫氣為燃料的以純氫氣為燃料的FCEVFCEV經(jīng)過重整后產(chǎn)生的氫氣為燃料的經(jīng)過重整后

4、產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEVFCEVu按按“多電源多電源”的配置不同，可分為以下四類：的配置不同，可分為以下四類：純?nèi)剂想姵仳?qū)動（純?nèi)剂想姵仳?qū)動（PFCPFC）的）的FCEV;FCEV;燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（FC+BFC+B）的）的FCEV;FCEV;燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+CFC+C）的）的FCEV;FCEV;燃料電池與輔助蓄電池和超級電容器聯(lián)合驅(qū)動（燃料電池與輔助蓄電池和超級電容器聯(lián)合驅(qū)動（FC+B+CFC+B+C）的）的FCEVFCEV。l純?nèi)剂想姵仳?qū)動的純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEVFCEV6燃料電池系統(tǒng)傳動系傳動系驅(qū)

5、動電動機l純?nèi)剂想姵仳?qū)動的純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEVFCEV優(yōu)點：優(yōu)點：系統(tǒng)機構(gòu)簡單，便于便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布系統(tǒng)機構(gòu)簡單，便于便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；置；系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化；系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化；較少的部件使得整體的能量傳遞效率較高，提高較少的部件使得整體的能量傳遞效率較高，提高了整車的燃料經(jīng)濟性。了整車的燃料經(jīng)濟性。l純?nèi)剂想姵仳?qū)動的純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEVFCEV缺點：缺點：燃料電池功率大、成本高；燃料電池功率大、成本高；對燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)性能和可靠性提出了很高對燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；的要求；不能進行能量回收。不能進行能量回收。7l

6、燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEVFCEVl燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動的FCEVFCEV的結(jié)構(gòu)與燃的結(jié)構(gòu)與燃料電池和蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的料電池和蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEVFCEV十分相似（略）十分相似（略）。8燃料電池系統(tǒng)傳動系傳動系驅(qū)動電動機蓄電池l燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEVFCEV優(yōu)點：優(yōu)點：系統(tǒng)對燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形系統(tǒng)對燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形式大大降低，從而降低了整車的成本；式大大降低，從而降低了整車的成本；工作時燃料電池的效率較高；工作時燃料電池的效率較高；

7、汽車的冷啟動性能較好；汽車的冷啟動性能較好；可以回收汽車制動時的部分能量，使整車的能量可以回收汽車制動時的部分能量，使整車的能量效率提高。效率提高。l燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEVFCEV缺點：缺點：蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加，動力性和經(jīng)蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加，動力性和經(jīng)濟性受到影響。；濟性受到影響。；蓄電池充放電過程會有能量損耗；蓄電池充放電過程會有能量損耗；控制和整體布置難度增加。控制和整體布置難度增加。9燃料電池與輔助蓄電池和超級電容器聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池與輔助蓄電池和超級電容器聯(lián)合驅(qū)動的FCEVFCEV。10燃料電池系統(tǒng)傳動系傳動系驅(qū)動電

8、動機蓄電池超級電容l與傳統(tǒng)汽車、純電動汽車相比，燃料電池電動汽與傳統(tǒng)汽車、純電動汽車相比，燃料電池電動汽車具有如下的優(yōu)點：車具有如下的優(yōu)點：效率高。不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率較高，可效率高。不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率較高，可以達到以達到30%30%以上。以上。續(xù)駛里程長。其長途行駛能力及動力性已經(jīng)接近于傳統(tǒng)續(xù)駛里程長。其長途行駛能力及動力性已經(jīng)接近于傳統(tǒng)汽車。汽車。綠色環(huán)保。綠色環(huán)保。過載能力強。在短時間內(nèi)其過載能力可達到額定功率的過載能力強。在短時間內(nèi)其過載能力可達到額定功率的200%200%或更大?；蚋?。低噪聲。設(shè)計方便靈活。低噪聲。設(shè)計方便靈活。l燃料電池電動汽車缺點：燃料

9、電池電動汽車缺點：燃料電池汽車制造成本和使用成本過高；燃料電池汽車制造成本和使用成本過高；輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大。輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大。11l燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)燃料電池電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)1）燃料電池系統(tǒng)）燃料電池系統(tǒng)燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù)之一。車用燃燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù)之一。車用燃料電池系統(tǒng)的核心是燃料電池電堆。燃料電池電堆技術(shù)發(fā)料電池系統(tǒng)的核心是燃料電池電堆。燃料電池電堆技術(shù)發(fā)展趨勢可用耐久性、低溫啟動溫度、凈輸出比功率及制造展趨勢可用耐久性、低溫啟動溫度、凈輸出比功率及制造成本。成本。2）車載儲氫系統(tǒng)）車載儲氫系統(tǒng)儲氫技術(shù)是氫能利

10、用走向規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見儲氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見的車載儲氫系統(tǒng)有高壓儲氫、低溫儲氫和金屬氰化物儲氫的車載儲氫系統(tǒng)有高壓儲氫、低溫儲氫和金屬氰化物儲氫3 3種基本方法。種基本方法。12133）車載蓄電池系統(tǒng)）車載蓄電池系統(tǒng)車載蓄電池系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等蓄車載蓄電池系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池等蓄電池及化學(xué)超級電容器。電池及化學(xué)超級電容器。4）電動機及其控制技術(shù)）電動機及其控制技術(shù)驅(qū)動電機是燃料電池汽車的心臟，它正向大功率、高轉(zhuǎn)速、驅(qū)動電機是燃料電池汽車的心臟，它正向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向的發(fā)展。當(dāng)前驅(qū)動電機有感應(yīng)電機和

11、永高效率和小型化方向的發(fā)展。當(dāng)前驅(qū)動電機有感應(yīng)電機和永磁無刷電動機。永磁無刷電動機具有較高的功率密度和效率、磁無刷電動機。永磁無刷電動機具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響應(yīng)快等優(yōu)點，在電動汽車方面有著廣闊體積小、慣性低和響應(yīng)快等優(yōu)點，在電動汽車方面有著廣闊的應(yīng)用前景。感應(yīng)電動機非常適合電動汽車的控制。的應(yīng)用前景。感應(yīng)電動機非常適合電動汽車的控制。5 5）整車熱管理）整車熱管理燃料電池發(fā)動機自身的運行溫度為燃料電池發(fā)動機自身的運行溫度為60706070度。與環(huán)境溫度相比，度。與環(huán)境溫度相比，溫差不大，造成燃料電池汽車無法像傳統(tǒng)汽車一樣依賴環(huán)境溫差不大，造成燃料電池汽車無法像傳統(tǒng)汽車一樣

12、依賴環(huán)境溫差散熱。轉(zhuǎn)而必須依靠整車動力系統(tǒng)提供額外的冷卻動力溫差散熱。轉(zhuǎn)而必須依靠整車動力系統(tǒng)提供額外的冷卻動力為系統(tǒng)散熱。為系統(tǒng)散熱。6 6）整車與動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設(shè)計）整車與動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設(shè)計 7 7）多能源動力系統(tǒng)的能量管理策略）多能源動力系統(tǒng)的能量管理策略 能量管理策略對燃料電池經(jīng)濟性影響很大，且受到動力系能量管理策略對燃料電池經(jīng)濟性影響很大，且受到動力系統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。一般借助仿真技術(shù)建立一個統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。一般借助仿真技術(shù)建立一個虛擬開發(fā)環(huán)境，對動力系統(tǒng)模型進行合理簡化，從理論分析虛擬開發(fā)環(huán)境，對動力系統(tǒng)模型進行合理簡化，從理論分析的角度得

13、到最優(yōu)功率分配策略與能量源參數(shù)和工況特征之間的角度得到最優(yōu)功率分配策略與能量源參數(shù)和工況特征之間的解析關(guān)系，并從該關(guān)系出發(fā)定量地分析功率緩沖器特性參的解析關(guān)系，并從該關(guān)系出發(fā)定量地分析功率緩沖器特性參數(shù)對最優(yōu)功率分配策略的影響，為功率緩沖器的參數(shù)選擇提數(shù)對最優(yōu)功率分配策略的影響，為功率緩沖器的參數(shù)選擇提供理論依據(jù)，從而完成功率分配策略的工況適應(yīng)性研究。供理論依據(jù)，從而完成功率分配策略的工況適應(yīng)性研究。14156.2 6.2 燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)l燃料電池汽車的動力系統(tǒng)由燃料電池發(fā)動機、輔助燃料電池汽車的動力系統(tǒng)由燃料電池發(fā)動機、輔助DC/ACDC/AC逆變器和電

14、動機組成。逆變器和電動機組成。l燃料電池發(fā)動機由電堆、氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給燃料電池發(fā)動機由電堆、氫氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等組成。組成。燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)11燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)22“世博世博”電動游覽車發(fā)動機系統(tǒng)電動游覽車發(fā)動機系統(tǒng)燃料電池發(fā)動機氫氣供給系統(tǒng)示意圖燃料電池發(fā)動機空氣供給系統(tǒng)示意圖燃料電池發(fā)動機水熱管理系統(tǒng)6.4 6.4 燃料電池電動汽車發(fā)展歷程燃料電池電動汽車發(fā)展歷程u1873年英國人羅伯持年英國人羅伯持戴維森制造了第一輛有實用價值的戴維森制造了第一輛有實用價

15、值的電動汽車。電動汽車。u2002年年1月美國布什政府重新提出了一項自由汽車計劃，月美國布什政府重新提出了一項自由汽車計劃，并表示不再積極鼓勵發(fā)展純電動汽車，而寄希望于發(fā)展燃料并表示不再積極鼓勵發(fā)展純電動汽車，而寄希望于發(fā)展燃料電池汽車。電池汽車。2003年，美國通用汽車公司、歐寶公司開發(fā)出了年，美國通用汽車公司、歐寶公司開發(fā)出了第第3 代新型燃料電池車代新型燃料電池車“氫動氫動3號號( Hydrogen3 )”，同期通，同期通用公司還開發(fā)了著眼于未來應(yīng)用的用公司還開發(fā)了著眼于未來應(yīng)用的“HY-Wire燃料電燃料電 池汽車。池汽車。u日本各大汽車廠商開展的燃料電池電動汽車研究計劃正在蓬日本各大

16、汽車廠商開展的燃料電池電動汽車研究計劃正在蓬勃開展。日本政府于勃開展。日本政府于2002年成立了燃料電池項目小組，開年成立了燃料電池項目小組，開始普及燃料電池技術(shù)的實證試驗和有關(guān)規(guī)定的論證。作為當(dāng)始普及燃料電池技術(shù)的實證試驗和有關(guān)規(guī)定的論證。作為當(dāng)今世界燃料電池汽車市場上重要企業(yè)的豐田和本田汽車公司今世界燃料電池汽車市場上重要企業(yè)的豐田和本田汽車公司，已開發(fā)出數(shù)款燃料電池汽車。豐田公司開發(fā)的，已開發(fā)出數(shù)款燃料電池汽車。豐田公司開發(fā)的“FCHV-5 于于2 0 0 1 年在美國加利福尼亞燃料電年在美國加利福尼亞燃料電 池共同體的組織下進池共同體的組織下進行了實車道路試驗。本田公司于行了實車道路試

17、驗。本田公司于2002年年12月月2日推出了實用日推出了實用化的燃料電池轎車化的燃料電池轎車Honda FCX。u歐洲歐洲8個國家個國家10個城市進行大規(guī)模的燃料電池巴士計劃。個城市進行大規(guī)模的燃料電池巴士計劃。2004年，戴姆勒一克萊斯勒公司與福特公司共同收購了巴年，戴姆勒一克萊斯勒公司與福特公司共同收購了巴拉德動力系統(tǒng)公司，并投資拉德動力系統(tǒng)公司，并投資5800萬美元建立新的燃料電池萬美元建立新的燃料電池汽車集團開發(fā)聯(lián)盟。迄今戴姆勒一克萊斯勒公司己開發(fā)出第汽車集團開發(fā)聯(lián)盟。迄今戴姆勒一克萊斯勒公司己開發(fā)出第5代燃料電池電動車代燃料電池電動車Necar5。u我國在上世紀(jì)我國在上世紀(jì)6060年

18、代也已經(jīng)開始年代也已經(jīng)開始PEMFC的研究，但僅由大連的研究，但僅由大連化物所等少數(shù)幾家科研機構(gòu)從事基礎(chǔ)性研究，直到化物所等少數(shù)幾家科研機構(gòu)從事基礎(chǔ)性研究，直到90年代才年代才開始逐漸升溫。開始逐漸升溫?！熬盼寰盼濉逼陂g，我國政府充分認(rèn)識到燃料電期間，我國政府充分認(rèn)識到燃料電池在國防和經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用，將池在國防和經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用，將PEMFC和電動汽車列和電動汽車列入了國家科技攻關(guān)項目，后又列入入了國家科技攻關(guān)項目，后又列入“十五十五”和和“863計劃計劃”電電動汽車重大科技專項。由清華大學(xué)和北京富源公司聯(lián)合研制動汽車重大科技專項。由清華大學(xué)和北京富源公司聯(lián)合研制的我國第一輛質(zhì)子交換

19、膜燃料電池電動旅游觀光車。東風(fēng)汽的我國第一輛質(zhì)子交換膜燃料電池電動旅游觀光車。東風(fēng)汽車公司早在車公司早在“九五九五”期間就已經(jīng)研制出我國第一臺擁有自主期間就已經(jīng)研制出我國第一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車一知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車一EQ6700FCEV燃料電池客車。燃料電池客車。u隨著隨著“863計劃計劃”電動汽車重大科技專項的正式起動，電動汽車重大科技專項的正式起動， 全國全國各地掀起了一股研制和開發(fā)燃料電池電動汽車的熱潮。各地掀起了一股研制和開發(fā)燃料電池電動汽車的熱潮。2002年年5月，上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)公司與同濟大學(xué)新能源汽月，上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)公司與同濟大學(xué)新能源汽車工程中

20、心試制成功車工程中心試制成功“ “ 春暉春暉1號號”燃料電池電動汽車。燃料電池電動汽車。2004年，武漢理工大學(xué)與東風(fēng)公司合作研制成功年，武漢理工大學(xué)與東風(fēng)公司合作研制成功25 kW 燃料電池燃料電池電動轎車電動轎車“ “ 楚天一號楚天一號” ” ，2004年年6月，由上汽集團、同月，由上汽集團、同濟大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的我國第二代燃料電池轎車濟大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的我國第二代燃料電池轎車 “ “ 超越超越2 號號” ” ，隨后又開發(fā)了，隨后又開發(fā)了“超越超越3 3號號”和和“超越超越4 4號號”燃料電池汽車燃料電池汽車。目前國內(nèi)開展燃料電池電動汽車相關(guān)研究的機構(gòu)主要有。目前國內(nèi)開展燃料電池電動汽車相關(guān)研究的

21、機構(gòu)主要有:中中科院大連化物所、清華大學(xué)、同濟大學(xué)、武漢理工大學(xué)、中科院大連化物所、清華大學(xué)、同濟大學(xué)、武漢理工大學(xué)、中山大學(xué)等單位，并形成了以大連新源動力、上海神力、北京山大學(xué)等單位，并形成了以大連新源動力、上海神力、北京富原、北京飛馳綠能、上海博能等企業(yè)為代表多個燃料電池富原、北京飛馳綠能、上海博能等企業(yè)為代表多個燃料電池產(chǎn)業(yè)化基地產(chǎn)業(yè)化基地。楚天一號燃料電池電動汽車楚天一號燃料電池電動汽車 “超越超越1 1號號”燃料電池轎車燃料電池轎車u主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù): : 最大時速（km/h）: 105.8爬坡度（%）: 26續(xù)駛里程（km）: 231加速性能（s）: 15.4（0-80km/h）燃料經(jīng)濟性（kg/100km）: 0.951（持續(xù)里程試驗）“超越超越3 3號號”東方之子燃料電池轎車東方之子燃料電池轎車u主要主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù): :整車整備質(zhì)量（kg）: 1767最高車速（km/h）: 122.30-100km/h加速時間（s）: 18最大爬坡度 : 2