燃料電池汽車課件

1、燃料電池汽車120180117120180122參考文獻 1 桂長清，等動力電池機械工業(yè)出版社2009 2吳宇平，張漢平，吳峰，等綠色電源材料化學(xué)工業(yè)出版 社. 2008.5 3 胡信國，等動力電池技術(shù)與運用北京：化學(xué)工業(yè)出版社2009.5 4 部分數(shù)據(jù)摘自中國儲能網(wǎng). 5 和訊汽車網(wǎng). 6 上海神力科技官網(wǎng).1.發(fā)展燃料電池汽車的必要性2.燃料汽車工作原理與優(yōu)點3.燃料電池汽車在國內(nèi)外的發(fā)展4.簡介車用燃料電池簡介.我國未來汽車保有量預(yù)測（單位：萬輛）我國汽車保有量將快速增長 車用汽柴油需求不斷增大,石油供應(yīng)安全面臨嚴峻挑戰(zhàn) 我國未來車用燃油消耗量預(yù)測（單位：萬噸）我國未來石油進口依存度預(yù)測

2、（單位：億噸）（1）能源問題 十幾二十年之后，我國汽車的普及率完全可能接近發(fā)達國家的水平。如果按歐洲的一半，即每千人300輛計算，總保有量就是4.5億輛。按每輛汽車年消耗燃油1噸計（目前歐洲的水平1.5噸，日本1噸，中國2.2噸），4.5億輛車需要4.5噸燃油。有關(guān)專家預(yù)測，2020年國內(nèi)的石油年產(chǎn)量可達到1.8億噸，如進口 2.7億噸，共計4.5億噸。如其中2/3給汽車用，煉成燃油約2億噸。汽車燃油存在2億噸以上巨大缺口。世界石油平均價格（FOB）歐美日汽車二氧化碳排放限值2009年9月胡錦濤主席在聯(lián)合國氣候變化峰會上承諾，中國5年減排15億噸CO2。發(fā)達國家汽車行業(yè)CO2排放量約占總排放量

3、25%左右。我國在售轎車百公里油耗平均8.06升，相當汽車每公里二氧化碳排放量為161.2g。汽車工業(yè)發(fā)展也面臨二氧化碳排放的巨大壓力（2）大氣污染問題我國城市環(huán)境污染治理仍然嚴峻。年全國監(jiān)測的個城市中，空氣質(zhì)量達到三級標準的城市占、劣于三級標準的城市占。全國共有39個城市的空氣質(zhì)量低于三級。有數(shù)據(jù)表明，機動車排放越來越成為城市的主要大氣污染源。燃料電池電動汽車歷史利用氫和氧在燃料電池中的反應(yīng)發(fā)電的想法在160多年前就有了，直到現(xiàn)在人們還在千方百計實現(xiàn)它。1839年英國人威廉，羅伯特，格魯夫爵士就已發(fā)現(xiàn)氫和氧的逆電解反應(yīng)，這就是燃料電池的基本原理。物理學(xué)家認為燃料電池的發(fā)明可與德國人尼古拉斯.

4、奧古斯特.奧托發(fā)明的四沖程發(fā)動機相媲美。燃料電池擁有其他動力系統(tǒng)沒有的獨特優(yōu)點：產(chǎn)生電能的過程不生產(chǎn)任何污染物，而且氫作為一種能源，盡管是以水這樣的化合物存在，但是取之不盡。這對于節(jié)約礦物資源并減少二氧化碳排放十分重要。 將燃料電池作為輔助動力系統(tǒng)用于電動汽車，這就是燃料電池電動汽車。 通用Sequel燃料電池車 本田燃料電池車FCX三菱燃料電池車“MITSUBISHI FCV” 日產(chǎn)奇駿燃料電池車燃料電池車工作原理 燃料電池車的動力系統(tǒng)與混和動力車大體相似，主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)和電池組等部分構(gòu)成，其中輔助動力為燃料電池。 在車輛行駛之初，蓄電池處于電量飽滿狀態(tài)，其能量輸出可

5、以滿足車輛要求，燃料電池動力系統(tǒng)不需要工作； 電池電量低于60時，燃料電池動力系統(tǒng)起動： 當車輛能量需求較大時，燃料電池動力系統(tǒng)與蓄電池組同時為驅(qū)動系統(tǒng)提供能量； 當車輛能量需求較小時，燃料電池動力系統(tǒng)為驅(qū)動系統(tǒng)提供能量的同時，還給蓄電池組進行充電。 燃料電池汽車優(yōu)點1.零排放或近似零排放2.減少了機油泄露帶來的水污染3.降低了溫室氣體的排放4.提高了燃油經(jīng)濟性5.提高了發(fā)動機燃燒效率6.運行平穩(wěn)、無噪聲燃料電池汽車在國外的發(fā)展長期以來，世界各國政府和主要汽車集團都高度重視燃料電池汽車研發(fā)，投入大量資金用于燃料電池汽車及氫能研發(fā)、試驗考核和市場培育。 最新的例子是，今年5月13日，豐田汽車發(fā)布

6、聲明稱與馬自達簽署合作備忘錄，實現(xiàn)雙方商品、技術(shù)的互補。消息人士透露，雙方在技術(shù)領(lǐng)域的合作將主要涉及加速燃料電池研發(fā)。燃料電池汽車在國外的發(fā)展日本政府高度重視并持續(xù)開展燃料電池汽車和氫能開發(fā)，在過去30年時間內(nèi)，已先后投入上千億日元用于燃料電池汽車和氫能的基礎(chǔ)科學(xué)研究、技術(shù)攻關(guān)和示范推廣。隸屬于日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的燃料電池商業(yè)化組織（FCCJ）先后于2009年7月和2010年7月發(fā)布了燃料電池汽車和加氫站2015年商業(yè)化路線圖，明確指出20112015年開展燃料電池汽車技術(shù)驗證和市場示范，隨后進入商業(yè)化示范推廣前期。日本燃料電池汽車在國外的發(fā)展去年5月30日，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省發(fā)布氫燃料電池車普及促進

7、策略，將氫燃料、氫燃料電池車相關(guān)的國際技術(shù)標準引入日本國內(nèi)，并將其作為國內(nèi)行業(yè)標準，從而使日本制造的氫燃料電池車更易于出口海外。為此，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省放松管制，修改高壓氣體保安法，將每次補給的氫燃料壓力上限由大約700個大氣壓提升至875個大氣壓，從而擴大氫氣罐容量，將續(xù)駛里程提升20%。 日本燃料電池汽車在國外的發(fā)展去年6月12日，日本自民黨“資源能源戰(zhàn)略調(diào)查會”提交議案實現(xiàn)氫社會政策建言，提出了具體的氫燃料電池車普及目標和政策支持措施。同年6月19日，以上述提案為基礎(chǔ)，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省制定了從目前到2040年的氫能源普及路線圖日本燃料電池汽車在國外的發(fā)展繼在第六框架計劃中拿出大量資金用于燃料電

8、池汽車和氫能的研究之后，2009年，歐盟批準燃料電池和氫能技術(shù)項目行動計劃，計劃從歐盟第七框架計劃中拿出4.7億歐元，持續(xù)資助燃料電池汽車及基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)研發(fā)。 歐盟 燃料電池汽車在國外的發(fā)展德國政府也高度重視燃料電池汽車及氫能研發(fā)，該國交通部、環(huán)境署、經(jīng)濟部等部門聯(lián)合啟動燃料電池及氫能國家創(chuàng)新計劃，擬與企業(yè)聯(lián)合出資14億歐元，用于燃料電池汽車、氫能等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，以確定德國在燃料電池汽車領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位和競爭力。 德國 燃料電池汽車在國外的發(fā)展美國政府對燃料電池汽車支持在布什任職期間達到頂峰；在奧巴馬政府期間，美國能源部宣布從美國振興計劃（American Recovery and Rein

9、vestment Act Funding）中撥款4190萬美元支持燃料電池特種車的研發(fā)和示范，另在2011年美國財政預(yù)算中安排5000萬美元用于燃料電池和氫能技術(shù)研發(fā)。 美國燃料電池汽車在國外的發(fā)展此外，加拿大、韓國、澳大利亞、巴西、法國和英國等國家政府均積極支持燃料電池汽車和氫能研發(fā)。燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展在國家“十五”“863”計劃電動汽車關(guān)鍵技術(shù)重大科技專項和“十一五”節(jié)能與新能源汽車重大項目支持下，我國燃料電池汽車技術(shù)研發(fā)取得重要進展，基本掌握了整車、動力系統(tǒng)與關(guān)鍵零部件的核心技術(shù);建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺;形成了燃料電池發(fā)動機、動力電池、DC/DC變換器

10、、驅(qū)動電機、儲氫與供氫系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件配套研發(fā)體系，具有百量級燃料電池汽車動力系統(tǒng)平臺與整車生產(chǎn)能力。燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展研制的“超越”系列、“上海牌”、“帕薩特”、“奔騰”、“志翔”等燃料電池汽車經(jīng)受住了大規(guī)模、高溫、大強度示范考核，成功服務(wù)于2008北京奧運會和2010年上海世博會。在燃料電池關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，開發(fā)出高活性、抗聚集的電催化劑，以及高比表面積、抗氧化的擔體，開發(fā)出了與國際商品化水平相當?shù)脑鰪娦头献栽鰸褓|(zhì)子交換膜，研制出高導(dǎo)電性/高穩(wěn)定性碳紙，初步解決了雙極板的抗腐蝕和導(dǎo)電性問題，掌握了絲網(wǎng)印刷膜電極技術(shù)。燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展 上海神力科技有限公司成立于1998年

11、6月，是國家科技部重點培育、 上海市各級政府重點支持的民營新能 源高科技企業(yè)。 神力科技是以氫質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)、全釩液流儲能電 池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化為發(fā)展目標，是目前中國燃料電池技術(shù)研發(fā) 和產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)先者。 上海神力科技燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展截至2010年12月31日，上海神力科技有限公司已申請國內(nèi)外燃料電池技術(shù)相關(guān)專利347項，其中發(fā)明專利 176項；累計獲得專利授權(quán)304項，其中發(fā)明專利126項，包括美國專利4項。 上海神力科技燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展 產(chǎn)品名稱：【轎車用燃料電池動力系統(tǒng)】 產(chǎn)品介紹：裝載神力科技燃料電池動力系統(tǒng)的燃料電池轎車在2008北京奧運會期間作為VIP接送車提

12、供服務(wù)。2009年1月到6月，結(jié)束奧運會示范運行的16輛燃料電池帕薩特領(lǐng)馭轎車(其中14輛裝載神力科技的燃料電池動力系統(tǒng)) 在美國加州進行為期6個月的示范運行，累計行駛里程37008km。 2010上海世博會6個月運行期間，裝載神力科技燃料電池動力系統(tǒng)的30輛轎車作為VIP接送車提供全程服務(wù)。 上海神力科技燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展上海神力科技【轎車用燃料電池動力系統(tǒng)】上海神力科技【轎車用燃料電池動力系統(tǒng)】燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展產(chǎn)品名稱：【客車用燃料電池動力系統(tǒng)】 產(chǎn)品介紹：燃料電池城市客車為零排放、低噪音的新一代城市公交最理想的交通工具，代表城市公交的發(fā)展方向。燃料電池城市客車發(fā)動機構(gòu)造和工

13、作原理與傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機相比發(fā)生了革命性的變化，采用燃料電池加氫瓶 的結(jié)構(gòu)完全替換傳統(tǒng)汽車中內(nèi)燃機加油箱的動力系統(tǒng)；發(fā)動機的能量轉(zhuǎn)換效率高，汽油車效率從油箱到車輪為 16%，而氫燃料電池車為50%以上，效率提高近四倍。 上海神力科技燃料電池汽車在國內(nèi)的發(fā)展客車用燃料電池動力系統(tǒng)電動汽車關(guān)鍵零部件之一 燃料電池燃料電池可靠性、壽命等方面取得較大進展，經(jīng)受住奧運示范等一系列國際示范應(yīng)用活動的考驗 低壓燃料電池電堆動態(tài)壽命提升燃料電池發(fā)動機輸出功率大幅提升 整機運行的可靠性、耐久性和低溫啟動性能，以及環(huán)境適應(yīng)性有較大提高 我國已成為世界上少數(shù)幾個掌握車用百千瓦級燃料電池發(fā)動機研發(fā)、制造以及測試技術(shù)的國

14、家之一 燃料電池 燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它平時將燃料（如氫氣、甲醇等）和氧化劑（如氧氣）分別作為電池兩極的活性物質(zhì)保存在電池的本體之外，當使用時連續(xù)通入電池體內(nèi)，使電池發(fā)電。燃料電池本體由質(zhì)子交換膜，膜電極，集流板三部分組成。 氫氣燃料電池示意圖陽極的催化劑將氫分子電離，生成氫離子( )，氫離子透過質(zhì)子交換膜到達陰極，與氧分子結(jié)合，生成水；同時，陽極反應(yīng)生成的電子，通過外部負載形成電流，到達陰極。 其反應(yīng)機理可以用方程式來表示： 陽極： 陰極： 電池總反應(yīng)： 燃料電池特點 燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，與車用內(nèi)燃機相比較,主要具有以下優(yōu)

15、點:效率高燃料電池的化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，燃料電池不是熱機，因此不受卡諾循環(huán)的限制，效率很高。理論上能量效率可接近100，目前熱、電總效率已達80%。排氣清潔，對環(huán)境污染少燃料電池沒有燃燒過程，用化學(xué)方式直接轉(zhuǎn)換化學(xué)能，稱為“冷燃燒”，所以氫/氧燃料電池的產(chǎn)物只有水，沒有其他廢氣排出，屬于零排放或接近零排放。過載能力強燃料電池的短時過載能力可達200的額定功率或更大，而內(nèi)燃機沒有這樣強的過載能力，燃料電池的這個特點特別適合汽車的短時加速的特性。 構(gòu)造簡單，維護保養(yǎng)方便，容易實現(xiàn)模塊化燃料電池容易通過模塊化組合，串聯(lián)、并聯(lián)，提高輸出功率。噪聲小、振動少，對機械加工要求不高燃料電池屬于靜

16、態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，無運動部件，因此在運行過程中沒有噪音，振動很小。 燃料電池分類 目前有上車歷史的燃料電池主要為以下三種：堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）磷酸型燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC） 質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) AFC，PAFC，PEMFC三種 燃料電池的發(fā)展概況 PEMFCPEMFC技術(shù)是目前世界上最成熟的一種能將氫氣與空氣中的氧氣化合成潔凈水并釋放出電能的技術(shù).（1）能量轉(zhuǎn)化效率高。通過氫氧化合作用，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不通過熱機過程

17、，不受卡諾循環(huán)的限制。 （2）可實現(xiàn)零排放。其唯一的排放物是純凈水（及水蒸氣），沒有污染物排放，是環(huán)保型能源。 （3）運行噪聲低，可靠性高。PEMFC電池組無機械運動部件，工作時僅有氣體和水的流動。 質(zhì)子交換膜燃料電池優(yōu)點（4）維護方便。PEMFC內(nèi)部構(gòu)造簡單，電池模塊呈現(xiàn)自然的“積木化”結(jié)構(gòu)，使得電池組的組裝和維護都非常方便；也很容易實現(xiàn)“免維護”設(shè)計。 （5）發(fā)電效率受負荷變化影響很小，非常適合于用作分散型發(fā)電裝置（作為主機組），也適于用作電網(wǎng)的“調(diào)峰”發(fā)電機組（作為輔機組）。 （6）氫是世界上最多的元素，氫氣來源極其廣泛，是一種可再生的能源資源，取之不盡，用之不絕。可通過石油、天然氣、甲醇、甲烷等進行重整制氫；也可通過電解水制氫、光解水制氫、生物制氫等方法獲取氫氣。 （7）氫氣的生產(chǎn)、儲存、運輸和使用等技術(shù)目前均已非常成熟、安全、可靠。歐寶“氫動三號”（Hydrogen3）燃料電池車 起亞汽車公司在燃料電池電動車 30千瓦質(zhì)