《燃料電池汽車》PPT課件.ppt

1、燃料電池汽車,120180117 120180122,參考文獻(xiàn),1 桂長(zhǎng)清，等動(dòng)力電池機(jī)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(guó)，等動(dòng)力電池技術(shù)與運(yùn)用北京：化學(xué)工業(yè)出版社2009.5 4 部分?jǐn)?shù)據(jù)摘自中國(guó)儲(chǔ)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(diǎn) 3.燃料電池汽車在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 4.簡(jiǎn)介車用燃料電池簡(jiǎn)介.,我國(guó)未來汽車保有量預(yù)測(cè)（單位：萬輛）,我國(guó)汽車保有量將快速增長(zhǎng),車用汽柴油需求不斷增大,石油供應(yīng)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),我國(guó)未來車用燃油消耗量預(yù)測(cè)（單位：萬噸）,我國(guó)未

2、來石油進(jìn)口依存度預(yù)測(cè)（單位：億噸）,（1）能源問題,十幾二十年之后，我國(guó)汽車的普及率完全可能接近發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。如果按歐洲的一半，即每千人300輛計(jì)算，總保有量就是4.5億輛。 按每輛汽車年消耗燃油1噸計(jì)（目前歐洲的水平1.5噸，日本1噸，中國(guó)2.2噸），4.5億輛車需要4.5噸燃油。 有關(guān)專家預(yù)測(cè)，2020年國(guó)內(nèi)的石油年產(chǎn)量可達(dá)到1.8億噸，如進(jìn)口 2.7億噸，共計(jì)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(jià)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(guó)氣候變化峰會(huì)上承諾，中國(guó)5年減排15億噸CO2。 發(fā)達(dá)國(guó)

3、家汽車行業(yè)CO2排放量約占總排放量25%左右。 我國(guó)在售轎車百公里油耗平均8.06升，相當(dāng)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(guó)城市環(huán)境污染治理仍然嚴(yán)峻。年全國(guó)監(jiān)測(cè)的個(gè)城市中，空氣質(zhì)量達(dá)到三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的城市占、劣于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的城市占。全國(guó)共有39個(gè)城市的空氣質(zhì)量低于三級(jí)。有數(shù)據(jù)表明，機(jī)動(dòng)車排放越來越成為城市的主要大氣污染源。,燃料電池電動(dòng)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(jì)實(shí)現(xiàn)它。1839年英國(guó)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。

4、物理學(xué)家認(rèn)為燃料電池的發(fā)明可與德國(guó)人尼古拉斯.奧古斯特.奧托發(fā)明的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相媲美。燃料電池?fù)碛衅渌麆?dòng)力系統(tǒng)沒有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：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(duì)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(dòng)力系統(tǒng)用于電動(dòng)汽車，這就是燃料電池電動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)與混和動(dòng)力車大體相似，主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)和電池組等部分構(gòu)成，其中輔助動(dòng)力為燃料電池。 在

5、車輛行駛之初，蓄電池處于電量飽滿狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作； 電池電量低于60時(shí)，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)： 當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)與蓄電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量； 當(dāng)車輛能量需求較小時(shí)，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，還給蓄電池組進(jìn)行充電。,燃料電池汽車優(yōu)點(diǎn),1.零排放或近似零排放 2.減少了機(jī)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(jì)性 5.提高了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率 6.運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲,燃料電池汽車在國(guó)外的發(fā)展,長(zhǎng)期以來，世界各國(guó)政府和主要汽車集團(tuán)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)

6、、試驗(yàn)考核和市場(chǎng)培育。 最新的例子是，今年5月13日，豐田汽車發(fā)布聲明稱與馬自達(dá)簽署合作備忘錄，實(shí)現(xiàn)雙方商品、技術(shù)的互補(bǔ)。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(guó)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(shí)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(jì)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(yàn)證和市場(chǎng)示范，隨后進(jìn)入商業(yè)化示范推廣前期。,日本,燃料

7、電池汽車在國(guó)外的發(fā)展,去年5月30日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布?xì)淙剂想姵剀嚻占按龠M(jìn)策略，將氫燃料、氫燃料電池車相關(guān)的國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引入日本國(guó)內(nèi)，并將其作為國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)產(chǎn)業(yè)省放松管制，修改高壓氣體保安法，將每次補(bǔ)給的氫燃料壓力上限由大約700個(gè)大氣壓提升至875個(gè)大氣壓，從而擴(kuò)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(guó)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(huì)”提交議案實(shí)現(xiàn)氫社會(huì)政策建言，提出了具體的氫燃料電池車普及目標(biāo)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(jì)產(chǎn)業(yè)省制定了從目前到2040年的氫

8、能源普及路線圖,日本,燃料電池汽車在國(guó)外的發(fā)展,繼在第六框架計(jì)劃中拿出大量資金用于燃料電池汽車和氫能的研究之后，2009年，歐盟批準(zhǔn)燃料電池和氫能技術(shù)項(xiàng)目行動(dòng)計(jì)劃，計(jì)劃從歐盟第七框架計(jì)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(guó)外的發(fā)展,德國(guó)政府也高度重視燃料電池汽車及氫能研發(fā)，該國(guó)交通部、環(huán)境署、經(jīng)濟(jì)部等部門聯(lián)合啟動(dòng)燃料電池及氫能國(guó)家創(chuàng)新計(jì)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(guó)在燃料電池汽車領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位和競(jìng)爭(zhēng)力。,德國(guó),燃料電池汽車在國(guó)外的發(fā)展,美國(guó)政府對(duì)燃料電池汽車支持在布什任職期間達(dá)到頂峰；在奧巴馬

9、政府期間，美國(guó)能源部宣布從美國(guó)振興計(jì)劃（American Recovery and Reinvestment 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(guó)財(cái)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(guó),燃料電池汽車在國(guó)外的發(fā)展,此外，加拿大、韓國(guó)、澳大利亞、巴西、法國(guó)和英國(guó)等國(guó)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(guó)內(nèi)的發(fā)展,在國(guó)家“十五”“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)重大科技專項(xiàng)和“十一五”節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目支持下，我國(guó)燃料電池汽車技術(shù)研發(fā)取得重要進(jìn)展，基本掌握了整車、動(dòng)力系統(tǒng)與關(guān)鍵零部件的核心技術(shù);建

10、立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái);形成了燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、DC/DC變換器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)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(jí)燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)與整車生產(chǎn)能力。,燃料電池汽車在國(guó)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(qiáng)度示范考核，成功服務(wù)于2008北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)。 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(dān)體，開發(fā)出了與國(guó)際商品化水平相當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)型符合自增濕質(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

11、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(guó)內(nèi)的發(fā)展,上海神力科技有限公司成立于1998年6月，是國(guó)家科技部重點(diǎn)培育、 上海市各級(jí)政府重點(diǎn)支持的民營(yíng)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(chǔ)能電 池技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化為發(fā)展目標(biāo)，是目前中國(guó)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(guó)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(qǐng)國(guó)內(nèi)外燃料電池技術(shù)相關(guān)專利347項(xiàng)，其中發(fā)明專利 176項(xiàng)；累計(jì)獲得專利授權(quán)304項(xiàng)，其中發(fā)明專利126項(xiàng)，包括美國(guó)專利4項(xiàng)。,上海神力科技,燃料電池汽車在國(guó)內(nèi)的發(fā)展,產(chǎn)品名稱：【轎車用

12、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)】 產(chǎn)品介紹：裝載神力科技燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的燃料電池轎車在2008北京奧運(yùn)會(huì)期間作為VIP接送車提供服務(wù)。2009年1月到6月，結(jié)束奧運(yùn)會(huì)示范運(yùn)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(dòng)力系統(tǒng)) 在美國(guó)加州進(jìn)行為期6個(gè)月的示范運(yùn)行，累計(jì)行駛里程37008km。 2010上海世博會(huì)6個(gè)月運(yùn)行期間，裝載神力科技燃料電池動(dòng)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(guó)內(nèi)的發(fā)展,上海神力科技,【轎車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)】,燃料電池汽車在國(guó)內(nèi)的發(fā)展,產(chǎn)品名稱：【客車用燃料電池動(dòng)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

13、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(dòng)機(jī)構(gòu)造和工作原理與傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)加油箱的動(dòng)力系統(tǒng)；發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)內(nèi)的發(fā)展,客車用燃料電池動(dòng)力系統(tǒng),電動(dòng)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(jìn)展，經(jīng)受住奧運(yùn)示范等一系列國(guó)際示范應(yīng)用活動(dòng)的考驗(yàn) 低壓燃料電池電堆動(dòng)態(tài)壽命提升 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大幅提升 整機(jī)運(yùn)行的可靠性、耐久性和低溫啟動(dòng)性能，以及環(huán)境適

14、應(yīng)性有較大提高 我國(guó)已成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握車用百千瓦級(jí)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)、制造以及測(cè)試技術(shù)的國(guó)家之一,燃料電池,燃料電池是一種將儲(chǔ)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(shí)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(dāng)使用時(shí)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(dá)陰極，與氧分子結(jié)合，生成水；同時(shí)，陽極反應(yīng)生成的電子，通過外部負(fù)載形成電流，到達(dá)陰極。 其反應(yīng)機(jī)理可以用方程式來表示： 陽極：

15、陰極： 電池總反應(yīng)：,燃料電池特點(diǎn),燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，與車用內(nèi)燃機(jī)相比較,主要具有以下優(yōu)點(diǎn): 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(jī)，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(dá)80%。 排氣清潔，對(duì)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(qiáng)燃料電池的短時(shí)過載能力可達(dá)200的額定功率或更大，而內(nèi)燃機(jī)沒有這樣強(qiáng)的過載能力，燃料電池的這個(gè)特點(diǎn)特別適合汽車的短時(shí)加速的特性。 構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)保養(yǎng)方便，容易實(shí)現(xiàn)模塊

16、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(dòng)少，對(duì)機(jī)械加工要求不高燃料電池屬于靜態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，無運(yùn)動(dòng)部件，因此在運(yùn)行過程中沒有噪音，振動(dòng)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,PEMFC,PEMFC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

17、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(jī)過程，不受卡諾循環(huán)的限制。 （2）可實(shí)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(yùn)行噪聲低，可靠性高。PEMFC電池組無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，工作時(shí)僅有氣體和水的流動(dòng)。,質(zhì)子交換膜燃料電池優(yōu)點(diǎn),（4）維護(hù)方便。PEMFC內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)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(hù)都非常方便；也很容易實(shí)現(xiàn)“免維護(hù)”設(shè)計(jì)。 （5）發(fā)電效率受負(fù)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(jī)組），也適于用作電網(wǎng)的“調(diào)峰”發(fā)電機(jī)組（作為輔機(jī)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?？赏ㄟ^石油、天然氣、甲醇、甲烷等進(jìn)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(chǔ)存、運(yùn)輸和使用等技術(shù)目前均已非常成熟、安全、可靠。,歐寶“氫動(dòng)三號(hào)”（Hydrogen3）燃料電池車,起亞汽車公司在燃料電池電動(dòng)車,30千瓦質(zhì)子