燃料電池車介紹分解課件

1、新能源汽車技術課程 學校：河南工業(yè)大學 學院：機電工程學院 專業(yè)：車輛工程2011.9.20本課程總體內(nèi)容框架第一章：緒論第二章：電動汽車用動力電池第三章：電動汽車用電動機第四章：純電動汽車第五章：混合動力電動汽車第六章：燃料電池電動汽車第七章：其它新能源汽車6.1：概述6.2：燃料電池電動汽車的基本結構6.3：燃料電池電動汽車的傳動系統(tǒng)6.4：燃料電池電動汽車發(fā)展歷程3第五章 混合動力電動汽車質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）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物、反應副產(chǎn)物只有水的發(fā)電裝置，具有能量轉換效率高、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

2、力領域的應用最為引人注目，被喻為二十一世紀改變?nèi)祟惿畹氖蟾呖萍贾住EMFC的工作原理陽極反應： H22H+2e- 陰極反應： 0.5O2+2H+2e-H2O 電池總反應： H2+0.5O2H2O 第一節(jié) 概述5燃料電池電動汽車的類型按主要燃料種類可分為：以純氫氣為燃料的FCEV經(jīng)過重整后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEV按“多電源”的配置不同，可分為以下四類：純?nèi)剂想姵仳?qū)動（PFC）的FCEV;燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（FC+B）的FCEV;燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+C）的FCEV;燃料電池與輔助蓄電池和超級電容器聯(lián)合驅(qū)動（FC+B+C）的FCEV。純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEV6燃料電

3、池系統(tǒng)傳動系驅(qū)動電動機純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEV優(yōu)點：系統(tǒng)機構簡單，便于便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；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，提高了整車的燃料經(jīng)濟性。純?nèi)剂想姵仳?qū)動的FCEV缺點：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的要求；不能進行能量回收。7燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEV燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動的FCEV的結構與燃料電池和蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEV十分相似（略）。8燃料電池系統(tǒng)傳動系驅(qū)動電動機蓄電池燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEV優(yōu)點：系統(tǒng)對燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y構形式大大降低，從而降低了整車的成

4、本；工作時燃料電池的效率較高；汽車的冷啟動性能較好；可以回收汽車制動時的部分能量，使整車的能量效率提高。燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動的FCEV缺點：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。；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。9燃料電池與輔助蓄電池和超級電容器聯(lián)合驅(qū)動的FCEV。10燃料電池系統(tǒng)傳動系驅(qū)動電動機蓄電池超級電容與傳統(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：效率高。不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉換效率較高，可以達到30%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)汽車。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2

5、00%或更大。低噪聲。設計方便靈活。燃料電池電動汽車缺點：燃料電池汽車制造成本和使用成本過高；輔助設備復雜，且質(zhì)量和體積較大。11燃料電池電動汽車的關鍵技術1）燃料電池系統(tǒng)燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關鍵技術之一。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成本。2）車載儲氫系統(tǒng)儲氫技術是氫能利用走向規(guī)模化應用的關鍵。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3種基本方法。12133）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、鋰離子電池等蓄電池及化學超級電容器。4）電動機及其控制技術驅(qū)動電機是燃料電池汽

6、車的心臟，它正向大功率、高轉速、高效率和小型化方向的發(fā)展。當前驅(qū)動電機有感應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、體積小、慣性低和響應快等優(yōu)點，在電動汽車方面有著廣闊的應用前景。感應電動機非常適合電動汽車的控制。5）整車熱管理燃料電池發(fā)動機自身的運行溫度為6070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)境溫差散熱。轉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。6）整車與動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設計 7）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，且受到動力系統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。一般借助仿真技術建立一個

7、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系，并從該關系出發(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)選擇提供理論依據(jù)，從而完成功率分配策略的工況適應性研究。14156.2 燃料電池電動汽車的基本結構燃料電池汽車的動力系統(tǒng)由燃料電池發(fā)動機、輔助DC/AC逆變器和電動機組成。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)和電能轉換系統(tǒng)等組成。燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)1燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)2“世博”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

8、燃料電池發(fā)動機水熱管理系統(tǒng)6.4 燃料電池電動汽車發(fā)展歷程1873年英國人羅伯持戴維森制造了第一輛有實用價值的電動汽車。2002年1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)展燃料電池汽車。2003年，美國通用汽車公司、歐寶公司開發(fā)出了第3 代新型燃料電池車“氫動3號( Hydrogen3 )”，同期通用公司還開發(fā)了著眼于未來應用的“HY-Wire燃料電 池汽車。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勃開展。日本政府于2002年成立了燃料電池項目小組，開始普及燃料電池技術的實證試驗和有關規(guī)定的論證。作為當今世界燃料電池汽車市場上重要企

9、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“FCHV-5 于2 0 0 1 年在美國加利福尼亞燃料電 池共同體的組織下進行了實車道路試驗。本田公司于2002年12月2日推出了實用化的燃料電池轎車Honda FCX。歐洲8個國家10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拉德動力系統(tǒng)公司，并投資5800萬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5代燃料電池電動車Necar5。我國在上世紀60年代也已經(jīng)開始PEMFC的研究，但僅由大連化物所等少數(shù)幾家科研機構從事基礎性研究，直到90年代才開始逐漸

10、升溫?！熬盼濉逼陂g，我國政府充分認識到燃料電池在國防和經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用，將PEMFC和電動汽車列入了國家科技攻關項目，后又列入“十五”和“863計劃”電動汽車重大科技專項。由清華大學和北京富源公司聯(lián)合研制的我國第一輛質(zhì)子交換膜燃料電池電動旅游觀光車。東風汽車公司早在“九五”期間就已經(jīng)研制出我國第一臺擁有自主知識產(chǎn)權的燃料電池汽車一EQ6700FCEV燃料電池客車。隨著“863計劃”電動汽車重大科技專項的正式起動， 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。2002年5月，上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)公司與同濟大學新能源汽車工程中心試制成功“ 春暉1號”燃料電池電動汽車。2004年，武

11、漢理工大學與東風公司合作研制成功25 kW 燃料電池電動轎車“ 楚天一號” ，2004年6月，由上汽集團、同濟大學聯(lián)合開發(fā)的我國第二代燃料電池轎車 “ 超越2 號” ，隨后又開發(fā)了“超越3號”和“超越4號”燃料電池汽車。目前國內(nèi)開展燃料電池電動汽車相關研究的機構主要有:中科院大連化物所、清華大學、同濟大學、武漢理工大學、中山大學等單位，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產(chǎn)業(yè)化基地。楚天一號燃料電池電動汽車 “超越1號”燃料電池轎車主要技術參數(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）

12、: 15.4（0-80km/h）燃料經(jīng)濟性（kg/100km）: 0.951（持續(xù)里程試驗）“超越3號”東方之子燃料電池轎車主要技術參數(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 : 20%燃料消耗率（kg/100km）: 0.956氫燃料儲量（kg）: 4.2續(xù)駛里程（km）: 273燃料電池發(fā)動機（kW）: 50動力蓄電池（Ah）: 15，鋰離子驅(qū)動電機（kW）: 65，永磁同步主要技術參數(shù): 外型尺寸（mm）:478917651440整備質(zhì)量（kg）:1850滿載質(zhì)量（kg）:2225爬坡度%: 200100 km/h加速時間s: 15最高車速km/h: 150氫消耗率（kg/100km）: 1.2續(xù)駛里程（km）: 300燃料電池發(fā)動機（kW）: 55動力蓄電池（Ah）: 8，鋰離子驅(qū)動電機（KW）: 90，永磁同步氫瓶容量（L）: 154氫瓶最大工作壓力（bar）: 350“超越4號”“領馭”