電動(dòng)汽車原理與構(gòu)造（第3版）課件：燃料電池電動(dòng)汽車技術(shù)

燃料電池電動(dòng)汽車技術(shù)燃料電池概念：是一種把燃料氧化的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的“發(fā)電裝置”燃料電池電動(dòng)汽車：是電動(dòng)汽車的一種基本類型，用于驅(qū)動(dòng)汽車行駛的電能主要來自“燃料電池”，整車的燃料補(bǔ)給不同于動(dòng)力電池電動(dòng)汽車的充電方式(化學(xué)反應(yīng)過程)，而采用機(jī)械式充電方式(燃料的裝填和加注，物理過程)概述燃料電池電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)

工作效率高，內(nèi)燃機(jī)汽車的效率約為11％左右，而以氫氣為燃料的燃料電池汽車效率可達(dá)到50％~70％，甲醇重整產(chǎn)生氫氣的燃料電池汽車效率也可達(dá)到30％左右。燃料電池汽車的效率高于內(nèi)燃機(jī)汽車節(jié)能、環(huán)保。燃料電池汽車使用能源主要是氫氣，排放的主要物質(zhì)是水，對于環(huán)境問題日益突出的地球來說，燃料電池汽車是內(nèi)燃機(jī)汽車的理想替代結(jié)構(gòu)簡單和運(yùn)行平穩(wěn)。由于燃料電池汽車能量轉(zhuǎn)換不涉及燃燒和熱機(jī)做功，因此所需零件少，結(jié)構(gòu)簡單，振動(dòng)和噪聲小概述4.1燃料電池系統(tǒng)的組成和工作原理4.2燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理4.3典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)教學(xué)提綱4.1燃料電池系統(tǒng)的組成和工作原理4.2燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理4.3典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)教學(xué)提綱燃料電池的組成和工作原理燃料電池是一種把燃料氧化的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的“發(fā)電裝置”，是電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生器。燃料電池的反應(yīng)機(jī)理是將燃料中的化學(xué)能不經(jīng)燃燒而直接轉(zhuǎn)化為電能。氫氧燃料電池實(shí)際上就是一個(gè)電解水的逆過程，通過氫氧的化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放電能。氫氣和氧氣分別是燃料電池在電化學(xué)反應(yīng)過程中的燃料和氧化劑燃料電池參與反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，如氫和氧，是由燃料電池外部的單獨(dú)供氣系統(tǒng)供給的，只要保證物質(zhì)供應(yīng)的連續(xù)性，就可以保證能量輸出的連續(xù)性。從這個(gè)意義上來講，燃料電池本身是一個(gè)開放的發(fā)電裝置燃料電池的組成和工作原理燃料電池種類：

高溫≥750℃

直接式燃料電池中溫200～750℃低溫≤200℃

燃料電池的組成和工作原理汽車用燃料電池的要求：常溫下工作；電流密度高；免維護(hù)性好；耐振性與耐沖擊性好；能夠從低負(fù)荷到高負(fù)荷進(jìn)行高效率運(yùn)轉(zhuǎn)；可以放置在冰點(diǎn)以下環(huán)境中燃料電池的組成和工作原理陽極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：燃料電池的組成和工作原理質(zhì)子交換膜燃料電池

質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)燃料電池的組成和工作原理燃料電池的類別-質(zhì)子交換膜電堆燃料電池的組成和工作原理優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境友好;效率較高，達(dá)60％~80％;對燃料適應(yīng)性強(qiáng)，既可用純氫，也可用轉(zhuǎn)化燃料，氧化劑可用空氣;工作溫度低;比功率與比能量高;可變負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。技術(shù)難點(diǎn)：質(zhì)子交換膜：杜邦的Nafion、日本的Asahi電極催化劑：鉑金雙極板：無孔石墨板燃料電池的組裝反應(yīng)氣體的供給系統(tǒng)水、熱管理系統(tǒng)燃料電池的類別-質(zhì)子交換膜燃料電池特點(diǎn)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的組成燃料電池的組成和工作原理增壓式質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)-燃料電池的類別燃料電池的組成和工作原理增壓式質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)-燃料電池的類別

常壓式質(zhì)子交換膜燃料電池燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)-燃料電池的類別

增壓與常壓式質(zhì)子交換膜燃料電池比較燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)水熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)

內(nèi)增濕

外增濕燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)86kW90kW燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)——工作特性

燃料電池電堆的效率

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的效率燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)——工作特性輸出電流效率燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)——工作特性

啟動(dòng)特性

綜合性能燃料電池的組成和工作原理燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)——工作特性4.1燃料電池系統(tǒng)的組成和工作原理4.2燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理4.3典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)教學(xué)提綱優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)②控制相對容易燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)缺點(diǎn)：①動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能差②無法吸收制動(dòng)回饋能量③電機(jī)控制器須有較寬的電壓范圍④燃料電池功率過高設(shè)計(jì)傳統(tǒng)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理功率型燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：①動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較好②效率最優(yōu)化設(shè)計(jì)③實(shí)現(xiàn)制動(dòng)回饋能量吸收缺點(diǎn)：①系統(tǒng)控制復(fù)雜②對燃料電池要求較高③DC/DC須要支持雙向變換④電機(jī)控制器須有較寬的電壓范圍燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)能量型燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理優(yōu)點(diǎn)：①動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較好②高的系統(tǒng)電壓有利于蓄電池實(shí)現(xiàn)制動(dòng)回饋能量吸收缺點(diǎn)：①對于穩(wěn)態(tài)負(fù)載效率較低燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)

工作特性互補(bǔ)，再生能量回收，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率優(yōu)化燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理燃料電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理加速助力模式燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理輔助電池充電模式燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理

再生制動(dòng)能量回收模式舉例1:能量型混合動(dòng)力系統(tǒng)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理舉例1:燃料電池汽車整車綜合控制思路燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理舉例1:燃料電池汽車整車綜合控制思路

輸出功率約束方程

目標(biāo)功率給定約束方程

加載約束方程

卸載約束方程燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理舉例1:燃料電池發(fā)電系統(tǒng)控制特性方程

充放電功率約束方程

荷電狀態(tài)約束方程

充放電目標(biāo)功率計(jì)算燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理舉例1:動(dòng)力電池組控制特性方程300~420V300~420V260~400V260~400V

控制方程燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理舉例1:主DC/DC變換器控制特性分析

假設(shè)

電壓控制方式

電流控制方式限制了動(dòng)力電池組在整車功率增長時(shí)的峰值輸出能力由于母線電壓下降，引起動(dòng)力電池組被動(dòng)的輸出峰值功率，滿足母線功率增加需求燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理舉例1:主DC/DC變換器控制特性分析燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)-發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)-發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

燃料電池汽車DC/DC變換器

提高比功率，效率雙向DC/DC

燃料電池汽車燃料制取技術(shù)

廉價(jià)氫氣制取技術(shù)氫氣安全運(yùn)輸和加注技術(shù)氫氣站建設(shè)

燃料電池汽車氫氣安全技術(shù)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)-整車技術(shù)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)-整車技術(shù)

整車系統(tǒng)集成和控制技術(shù)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù)-整車技術(shù)項(xiàng)目參與國家和地區(qū)世界銀行/全球環(huán)境基金會燃料電池發(fā)展計(jì)劃中國、埃及、墨西哥、印度、巴西歐洲CUTE示范項(xiàng)目荷蘭阿姆斯特丹、西班牙巴塞羅那、德國漢堡、德國斯圖加特、英國倫敦、盧森堡、西班牙馬德里、瑞典斯德哥爾摩、葡萄牙波爾圖日本JHFC示范項(xiàng)目日本東京、橫濱地區(qū)澳大利亞STEP示范項(xiàng)目澳大利亞佩思溫哥華燃料電池汽車計(jì)劃VFCVP加拿大美國CaFCP示范項(xiàng)目美國加利福尼亞州冰島ECTOS冰島德國CEP德國柏林新加坡燃料電池示范計(jì)劃新加坡燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池示范運(yùn)行項(xiàng)目燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池示范運(yùn)行項(xiàng)目燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫的制取技術(shù)

電解水制氫74~84%燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫的制取技術(shù)

電解水制氫

74~84%燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫的制取技術(shù)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫的制取技術(shù)

重整制氫燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫的制取技術(shù)

高壓重整器

化學(xué)反應(yīng)制氫

生物制氫

工業(yè)附屬產(chǎn)物NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫的制取技術(shù)燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫氣的車載存儲燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫氣的車載存儲燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫氣的車載存儲燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫氣的車載存儲

氣態(tài)儲氫存儲質(zhì)量比5~7.5%燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫氣的車載存儲

液態(tài)儲氫金屬氫化物儲氫的機(jī)理為:某些金屬或合金在一定條件下可與氫氣發(fā)生反應(yīng),生成金屬氫化物,生成的金屬氫化物在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο?又能將所吸收的氫氣釋放出來。用這種方法儲氫的密度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣的1000倍左右。與液態(tài)儲氫密度相當(dāng)或超過液氫,而且儲氫壓力非常低,在室溫附近,壓力僅為0.101～1MPa。存儲質(zhì)量比1.5%燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫氣的車載存儲

金屬氫化物儲氫一些碳納米材料,如碳納米管、納米炭纖維等是有希望的儲氫材料。碳納米管是一種具有很大表面積的碳材料,其上含有許多尺寸均一的微孔。當(dāng)氫到達(dá)到材料表面時(shí),一方面被吸附在材料表面上;另一方面在微孔毛細(xì)管力的作用下,氫被壓縮到微孔中,因此能儲存相當(dāng)多的氫。燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理氫氣的車載存儲納米碳材料儲氫氫氣加注站燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理燃料電池汽車加氫站4.1燃料電池系統(tǒng)的組成和工作原理4.2燃料電池汽車的系統(tǒng)組成和工作原理4.3典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)教學(xué)提綱燃料電池汽車的整車技術(shù)現(xiàn)代TUCSONFECV典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)現(xiàn)代TUCSONFECV典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)整備質(zhì)量：1765kg續(xù)駛里程：300km油箱：350bar氣灌(3.5kg）典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)燃料電池電動(dòng)汽車代表車型現(xiàn)代NEXO燃料電池系統(tǒng)總輸出功率：135kW電堆電壓范圍：255-440V電堆功率：95kW電機(jī)功率：120kW電機(jī)扭矩：395Nm動(dòng)力電池功率：40kW動(dòng)力電池電壓：240V動(dòng)力電池容量：1.56kWh儲氫罐比容量（kg/L）：6.33/156.6最高車速：179km/h百公里加速：9.7s續(xù)航里程：800km典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)VWHyMotionTourAnFECV典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)VWHyMotionBoraFECVFCE：75kW/255Nm0-100kph：12.6s350km/液氫(-2530C)典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)ToyotaFuelCellBus典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)ToyotaFuelCellBus典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)ToyotaFuelCellBus典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)ToyotaFuelCellCar典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)2016年注冊量為2039輛，較2015年的498輛實(shí)現(xiàn)了較大的進(jìn)步；截止2022年，豐田MIRAI全球總銷量達(dá)到21864輛，其中本土銷量7466輛典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)HondaFCXFuelCellCar典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)HondaFCXFuelCellCar典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)HondaFCXFuelCellCar典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)燃料電池電動(dòng)汽車代表車型本田Clarity最大續(xù)航里程：700km最高車速為165km/h布置形式：前置前驅(qū)燃料電池發(fā)電功率：103kW驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大功率：130kW最大扭矩：300Nm小儲氫罐容量：24L大儲氫罐容量：117L儲氫罐總?cè)萘浚嚎傆?jì)141L采用Honda先進(jìn)的技術(shù)，相比上一版本的燃料電池，不僅讓燃料電池堆的體積縮小了33％，同時(shí)達(dá)到100kW的輸出和3.1kW/L的輸出密度表現(xiàn)。燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成僅有普通V6引擎的體積。典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)DaimlerChryslerF-Cell典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)DaimlerChryslerF-Cell典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)DaimlerChryslerF-Cell典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)DaimlerChryslerCitaro典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)梅塞德斯奔馳Citaro典型的燃料電池汽車結(jié)構(gòu)燃料電池汽車的整車技術(shù)GasCylinders(H2)FC-StacksFC-CoolingunitsAirConditionAuxiliariesCentralElectricEngineAutomaticTransmissionFC-Supply