氫燃料電池汽車課件

1、第章氫燃料電池汽車第章氫燃料電池汽車第3章 燃料電池汽車知識(shí)點(diǎn):1燃料電池的發(fā)電原理。2燃料電池的分類。3燃料電函的特點(diǎn)及應(yīng)用。4燃料電池汽車開(kāi)展。5燃料電池結(jié)構(gòu)與工作原理。6燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理。7車載氫氣系統(tǒng)平安措施。第3章 燃料電池汽車知識(shí)點(diǎn):第3章 燃料電池汽車3.1燃料電池3.2 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與車載氫氣平安3.3典型的氫燃料電池汽車總結(jié)第3章 燃料電池汽車3.1燃料電池3.1燃料電池燃料電池的發(fā)電原理燃料電池的分類燃料電池的特點(diǎn)及應(yīng)用燃料電池汽車開(kāi)展PEMFC的結(jié)構(gòu)與工作原理3.1燃料電池燃料電池的發(fā)電原理燃料電池的發(fā)電原理燃料電池的發(fā)電原理燃料電池的分類按電解質(zhì)劃分

2、，燃料電池大致上可分為五類，即質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC 、堿性燃料電池AFC、磷酸燃料電池PAFC、溶化的碳酸鹽燃料電池 (MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池SOFC。燃料電池的分類按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致上可分為五類，即質(zhì)子燃料電池的特點(diǎn)及應(yīng)用1燃料的特點(diǎn)1能量密度大，比能量可到達(dá)200Wh /kg左右。2一般在常溫條件下運(yùn)行，當(dāng)溫度在80左右易于快速起動(dòng)。減少了溫度對(duì)燃料電池材料的影響，提高了電池性能，延長(zhǎng)了電池的壽命。3可以連續(xù)不斷地工作，適合局部負(fù)荷特性的要求，這些優(yōu)越的性能為PEMFC在FCEV上使用帶來(lái)了很大便利。4單體電池的電壓高，是電動(dòng)汽車較理想的一種電源，有利于減輕電動(dòng)車輛

3、的整備質(zhì)量和降低電動(dòng)車輛使用費(fèi)用。燃料電池的特點(diǎn)及應(yīng)用1燃料的特點(diǎn)燃料電池的特點(diǎn)及應(yīng)用2. 燃料電池的應(yīng)用燃料電池作為移動(dòng)式電源的應(yīng)用領(lǐng)域分為兩大類：一是可用作便攜式電源、小型移動(dòng)電源、車載電源等，適用于軍事、通訊、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，以滿足應(yīng)急供電和高可靠性、高穩(wěn)定性供電的需要。實(shí)際應(yīng)用是 電池、筆記本電腦等便攜電子設(shè)備、軍用背負(fù)式通訊電源、衛(wèi)星通訊車載電源等。二是用作自行車、摩托車、汽車等交通工具的動(dòng)力電源，以滿足環(huán)保對(duì)車輛排放的要求。從目前開(kāi)展情況看，PEMFC 是技術(shù)最成熟的電動(dòng)車動(dòng)力電源。燃料電池的特點(diǎn)及應(yīng)用2. 燃料電池的應(yīng)用燃料電池汽車開(kāi)展1.中國(guó)燃料電池汽車開(kāi)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)50年代

4、開(kāi)始，中國(guó)一直進(jìn)行燃料電池相關(guān)技術(shù)的研究，但直到20世紀(jì)90年代，全球環(huán)境署支持在中國(guó)進(jìn)行燃料電池公共汽車示范，中國(guó)對(duì)其產(chǎn)生了濃厚興趣。從那時(shí)起，中國(guó)在此方面有了很大進(jìn)步。 目前在中國(guó)有60多個(gè)機(jī)構(gòu)在從事燃料電池的研究。燃料電池汽車開(kāi)展1.中國(guó)燃料電池汽車開(kāi)展現(xiàn)狀燃料電池汽車開(kāi)展1998年，清華大學(xué)在中國(guó)研制出了第一輛燃料電池汽車，該汽車是一輛高爾夫車，它靠一組5kW的燃料電池提供動(dòng)力，由北京富源世紀(jì)燃料電池能源提供。1999年展示了電動(dòng)轎車。這個(gè)團(tuán)隊(duì)取得的標(biāo)志性進(jìn)展是北京富源正在測(cè)試的用于公共汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的140kW燃料電池堆。 燃料電池汽車開(kāi)展1998年，清華大學(xué)在中國(guó)研制出了第一輛燃料燃料

5、電池汽車開(kāi)展2.中國(guó)燃料電池汽車的研發(fā)進(jìn)展上海神力科技創(chuàng)立于1998年。在短短的時(shí)間里它示范了用40kW燃料電池的jitney、汽車、摩托車和電動(dòng)自行車?，F(xiàn)在正在研究在面包車上裝用80kW的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電機(jī)。上海汽車集團(tuán)與同濟(jì)大學(xué)合作研制的燃料電池發(fā)電機(jī)，以桑塔那2000為根底，在2003年研制出超越1號(hào)燃料電池轎車，后續(xù)研制出如圖3-2所示的超越二號(hào)。燃料電池汽車開(kāi)展2.中國(guó)燃料電池汽車的研發(fā)進(jìn)展燃料電池汽車開(kāi)展2.中國(guó)燃料電池汽車的研發(fā)進(jìn)展通用汽車氫燃料電池車Sequel。通用Hy-wire氫動(dòng)三號(hào)燃料電池車。燃料電池汽車開(kāi)展2.中國(guó)燃料電池汽車的研發(fā)進(jìn)展燃料電池汽車開(kāi)展3.國(guó)外燃

6、料電池汽車的進(jìn)展早在1994年，戴姆勒就開(kāi)發(fā)出燃料電池汽車“NECARI，隨后又推出它的姊妹車“NECAR2。1997年秋在法蘭克福汽車展上，戴姆勒展出了“NECAR3。1999年，戴姆勒-克萊斯勒汽車公司與福特汽車公司聯(lián)手研制成功的以液氫為動(dòng)力的“NECAR42000年，戴姆勒-克萊斯勒公司宣布，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出以甲醇為燃料電池汽車“NECAR5和“Jeep Commander 2。燃料電池汽車開(kāi)展3.國(guó)外燃料電池汽車的進(jìn)展燃料電池汽車開(kāi)展豐田汽車公司利用自己獨(dú)特特的燃料電池技術(shù)，試制出兩種類型的燃料電池樣車。一種是使用特殊的合金材料儲(chǔ)氫。另一種那么是以甲醇為燃料，在車上完成從甲醇轉(zhuǎn)化為氫氣燃料的

7、全過(guò)程。豐田的RAV4汽車使用了25kW燃料電池堆與鎳-氫電池的混合裝置。群眾汽車公司也示范了一種以“高爾夫車型為根底的甲醇作燃料的混合型汽車。雷諾和標(biāo)致、雪鐵龍汽車公司還示范了以PEMFC堆為動(dòng)力的汽車，它們分別以車載貯存的液態(tài)和氣態(tài)氫為燃料。燃料電池汽車開(kāi)展豐田汽車公司利用自己獨(dú)特特的燃料電池技術(shù)，試結(jié)構(gòu)與工作原理1. PEMFC的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理1. PEMFC的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理2單體燃料電池組工作原理PEMFC的負(fù)極( 燃料極) 上產(chǎn)生的化學(xué)反響方程式PEMFC的正極( 氧化極) 上產(chǎn)生的化學(xué)反響方程式PEMFC總的化學(xué)反響結(jié)構(gòu)與工作原理2單體燃料電池組工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理3燃料

8、電池組( 堆) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理3燃料電池組( 堆) 結(jié)構(gòu)3.2 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與車載氫氣平安燃料電池發(fā)電系統(tǒng)車載氫氣系統(tǒng)平安措施3.2 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與車載氫氣平安燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)1.以氫氣為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)1.以氫氣為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)2以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)在以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，用甲醇供給系統(tǒng)代替了上述的氫氣供給系統(tǒng)。系統(tǒng)包括：1)甲醇儲(chǔ)存裝置2) 燃燒器、加熱器和蒸發(fā)器3) 改質(zhì)器4)氫氣凈化器燃料電池發(fā)電系統(tǒng)2以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)3燃料電

9、池汽車電源復(fù)合結(jié)構(gòu)1)燃料電池+輔助電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FCB)結(jié)構(gòu)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)3燃料電池汽車電源復(fù)合結(jié)構(gòu)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)2燃料電池+輔助電池+超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FCBC)結(jié)構(gòu)1單、雙向兩DC/DC燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)2燃料電池+輔助電池+超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(F燃料電池發(fā)電系統(tǒng)2僅單向DC/DC燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)2僅單向DC/DC燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)4FCEV的多電源電力總成控制策略燃料電池發(fā)電系統(tǒng)4FCEV的多電源電力總成控制策略車載氫氣系統(tǒng)平安措施車載氫氣系統(tǒng)平安措施3.3典型氫燃料電池汽車本田系列氫燃料電池汽車奧迪Q5 HFC其

10、他車型3.3典型氫燃料電池汽車本田系列氫燃料電池汽車本田系列氫燃料電池汽車本田燃料電池車首次亮相于1999年，到現(xiàn)在其燃料電池汽車的開(kāi)展已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。本田新一代的燃料電池汽車FCX Clarity(圖3-14)，以本田獨(dú)創(chuàng)的燃料電池堆“V Flow FC Stack技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了燃料電池車所特有的C02零排放。本田系列氫燃料電池汽車本田燃料電池車首次亮相于1999年，到本田系列氫燃料電池汽車1.動(dòng)力系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)本田系列氫燃料電池汽車1.動(dòng)力系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)2 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與車載氫氣平安本田新一代的燃料電池汽車FCX Clarity(圖3-14)，以本田獨(dú)創(chuàng)的燃料電池堆“V Flo

11、w FC Stack技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了燃料電池車所特有的C02零排放。4燃料電池汽車開(kāi)展。4燃料電池汽車開(kāi)展。5%LEL時(shí)報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)切斷氫氣供給，由駕駛?cè)藢④囈浦林付ǖ钠桨矃^(qū)域由專人檢查整個(gè)系統(tǒng)。5m，低底板燃料電池混合動(dòng)力城市大客車FCHV-BUS2在Aichi世界博覽會(huì)上使用。2僅單向DC/DC燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。實(shí)際應(yīng)用是 電池、筆記本電腦等便攜電子設(shè)備、軍用背負(fù)式通訊電源、衛(wèi)星通訊車載電源等。純?nèi)剂想姵?PFC)只有燃料電池一個(gè)能量源，這種結(jié)構(gòu)中燃料電池的額定功率大，本錢(qián)高，對(duì)冷起動(dòng)時(shí)間、耐起動(dòng)循環(huán)次數(shù)、負(fù)荷變化的響應(yīng)等提出了很高的要求。中國(guó)燃料電池汽車的研發(fā)進(jìn)展第3章 燃料

12、電池汽車4燃料電池汽車開(kāi)展。其最大輸出功率可達(dá)100kW，峰值扭矩可達(dá)290Nm。5%LEL時(shí)報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)切斷氫氣供給，由駕駛?cè)藢④囈浦林付ǖ钠桨矃^(qū)域由專人檢查整個(gè)系統(tǒng)。3可以連續(xù)不斷地工作，適合局部負(fù)荷特性的要求，這些優(yōu)越的性能為PEMFC在FCEV上使用帶來(lái)了很大便利。第3章 燃料電池汽車5%LEL時(shí)報(bào)警，紅色報(bào)警，建議駕駛?cè)饲袛鄽錃夤┙o，將車開(kāi)至指定的平安區(qū)域由專人檢查整個(gè)系統(tǒng)。本田系列氫燃料電池汽車2.燃料電池堆燃料電池堆“V Flow FC Stack2 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與車載氫氣平安本田系列氫燃料電池汽車2本田系列氫燃料電池汽車3.動(dòng)力電池組本田合作開(kāi)發(fā)的緊湊型鋰離子電池的FC

13、X Clarity燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)中，鋰離子電池作為一個(gè)補(bǔ)充電源，取代了在早期FCX原型車中的超級(jí)電容，其體積適合安放在車輛后部，從而節(jié)省了空間。4.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)FCX Clarity采用功率達(dá)100kW的交流永磁同步電動(dòng)機(jī)，最大輸出扭矩為189Nm。與上一代相比，整體動(dòng)力單元的重量功率密度提高l倍，體積功率密度提高12倍，實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)小型化和高功率的高度統(tǒng)一。此外，節(jié)能性提高20，續(xù)航里程提高30。本田系列氫燃料電池汽車3.動(dòng)力電池組奧迪Q5 HFC奧迪Q5 HFC(圖3-18)可在13.4s之內(nèi)加速到100kmh，最高速度可達(dá)160kmh。氫氣的利用非常節(jié)約和高效，燃料電池的能量轉(zhuǎn)

14、換效率可以到達(dá)50以上。該車型實(shí)現(xiàn)了500km的最長(zhǎng)行駛里程，而且其“加油時(shí)間也不比采用傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車型長(zhǎng)。奧迪Q5 HFC奧迪Q5 HFC(圖3-18)可在13.4s奧迪Q5 HFC動(dòng)力布置奧迪Q5 HFC動(dòng)力布置其他車型1.奔馳B級(jí)燃料電池車奔馳B級(jí)F-Cell動(dòng)力系統(tǒng)(圖3-20)的性能要優(yōu)于2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)，并且擁有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，其燃料消耗相當(dāng)于每百公里消耗柴油3.3L。其最大輸出功率可達(dá)100kW，峰值扭矩可達(dá)290Nm。最高時(shí)速可達(dá)170kmh。這款車可以在-25的寒冷條件下實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，其最大行駛里程為400km，只需要3min的時(shí)間就能完成其氫燃料的補(bǔ)充。其他車型1.奔馳B級(jí)燃

15、料電池車其他車型2.“超越系列燃料電池汽車同濟(jì)大學(xué)、上汽等早在2l世紀(jì)初就開(kāi)始了燃料電池車的研發(fā)，技術(shù)領(lǐng)先程度并不遜于國(guó)外同行。2002年所研制的“超越1號(hào)氫燃料電池車露面，隨后幾年，誕生了“超越2號(hào)、“超越3號(hào)以及上海牌燃料電池車，其搭載的氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)不斷提升?！俺?號(hào)的最高車速到達(dá)123km，0100kmh的加速時(shí)間為19s，一次加氫的續(xù)駛里程為230km，燃料經(jīng)濟(jì)性為1.132kg/100km。其他車型2.“超越系列燃料電池汽車其他車型3.豐田混合動(dòng)力燃料電池大客車豐田與日野汽車公司合作開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)10.5m，低底板燃料電池混合動(dòng)力城市大客車FCHV-BUS2在Aichi世界博覽會(huì)上使用

16、。該車將一對(duì)豐田的燃料電池堆與豐田的THS-混合驅(qū)動(dòng)和管理系統(tǒng)結(jié)合在一起，此系統(tǒng)曾用于Prius。其他車型3.豐田混合動(dòng)力燃料電池大客車總結(jié)1.燃料電池按電化學(xué)原理將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，但是它的工作方式卻與內(nèi)燃機(jī)相似。它在工作即連續(xù)穩(wěn)定的輸出電能時(shí)，必須不斷地向電池內(nèi)部送入燃料與氧化劑如氫氣和氧氣；與此同時(shí)，它還要排出與生成量相等的反響產(chǎn)物，如氫氧燃料電池中所生成的水。2.PEMFC的核心是個(gè)涂有鉑催化劑的彈性塑料膜電解質(zhì)膜，鉑催化劑把氫氣轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，只有質(zhì)子可以通過(guò)電解質(zhì)膜，與膜另一側(cè)的氧結(jié)合生成水，而電子在閉合的外電路中形成電流。總結(jié)1.燃料電池按電化學(xué)原理將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，但是它的

17、工作總結(jié)3.按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致上可分為五類，即質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC 、堿性燃料電池AFC、磷酸燃料電池PAFC、溶化的碳酸鹽燃料電池 (MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池SOFC。 4.單體PEMFC的電壓一般在1V左右， 需要用多個(gè)單體PEMFC串聯(lián)成實(shí)用的PEMFC電池組( 堆) ，才能獲得FCEV驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需要的工作電壓。總結(jié)3.按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致上可分為五類，即質(zhì)子交換膜總結(jié)5.單獨(dú)的燃料電池堆是不能發(fā)電并用于汽車的，它必需和燃料供給與循環(huán)系統(tǒng)、氧化劑供給系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)和一個(gè)能使上述各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的控制系統(tǒng)組成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。6.純?nèi)剂想姵?PFC)只有燃料電池一個(gè)能量源，這種結(jié)構(gòu)中燃料電池的額定功率大，本錢(qián)高，對(duì)冷起動(dòng)時(shí)間、耐起動(dòng)循環(huán)次數(shù)、負(fù)荷變化的響應(yīng)等提出了很高的要求。為了提高燃料電池汽車的性能，采用了將燃料電池、輔助電池及超級(jí)電容等相互組合的電源復(fù)合結(jié)構(gòu)。總結(jié)5.單獨(dú)的燃料電池堆是不能發(fā)電并用于汽車的，它必需和