新能源汽車-5-燃料電池電動(dòng)汽車課件.pptx

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1、新能源汽車第五章燃料電池電動(dòng)汽車第一節(jié)燃料電池電動(dòng)汽車的類型與基本結(jié)構(gòu)第二節(jié)燃料電池汽車的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀第五章燃料電池電動(dòng)汽車第一節(jié)燃料電池電動(dòng)汽車的類型與基本結(jié)構(gòu)一、燃料電池類型及其性能分析燃料電池可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等。1．質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池單體主要由膜電極（陽(yáng)極、陰極）、質(zhì)子交換膜和集流板組成。2．堿性燃料電池堿性燃料電池的電解質(zhì)為堿性的氫氧化鉀（KOH），故稱為堿性燃料電池。堿性燃料電池一般以石墨、鎳和不銹鋼作為堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)材料。堿性燃料電池按燃料性質(zhì)

2、不同，化學(xué)反應(yīng)溫度為80～260℃。3．磷酸燃料電池磷酸燃料電池是以磷酸為電解質(zhì)，故稱為磷酸燃料電池。磷酸燃料電池以磷酸（100%）為電解質(zhì)。是由燃料電極、隔板、隔膜、空氣電極氧電極和冷卻板組成。4．熔融碳酸鹽燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）通常采用含鋰和鉀的碳酸鹽為電解質(zhì)，陰極為鎳的氧化物，陽(yáng)極為鎳合金，正常工作溫度為650oC。在這樣高的溫度下，電池陰陽(yáng)極電化學(xué)反應(yīng)都很快，不需要使用貴金屬作催化劑，通常以氧化鎳為主。5．固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)是固體氧化物，催化劑和電池的結(jié)構(gòu)材料，也都是固體氧化物。故稱為固體氧化物燃料電池。燃料電池的結(jié)構(gòu)材料，用Al2

3、O3、Ca0.1Zr0.9O2固體氧化物作為結(jié)構(gòu)材料支撐管。固體氧化物燃料電池在燃燒反應(yīng)過程中的溫度可達(dá)800～1000℃?？梢灾苯邮褂眉状己蜔N類燃料。二、燃料電池電動(dòng)汽車的類型與其結(jié)構(gòu)燃料電池汽車定義：燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能，并作為主要?jiǎng)恿υ打?qū)動(dòng)的汽車。1．燃料電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)FCEV優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；（2）系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化；（3）較少的部件使得整體的能量傳遞效率高。缺點(diǎn)：（1）燃料電池功率大、成本高；（2）對(duì)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；（3

4、）不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。2．燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)FCEV優(yōu)點(diǎn)：（1）由于增加了比功率價(jià)格相對(duì)低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對(duì)燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形式有很大的降低，從而大大地降低了整車成本；（2）燃料電池可以在比較好的設(shè)定的工作條件下工作，工作時(shí)燃料電池的效率較高；（3）制動(dòng)能量回饋的采用可以回收汽車制動(dòng)時(shí)的部分動(dòng)能，該措施可能會(huì)增加整車的能量效率。缺點(diǎn)：（1）蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型受到影響，這一點(diǎn)在能量復(fù)合型混合動(dòng)力汽車上表現(xiàn)更為明顯；（2）蓄電池充放電過程會(huì)有能量損耗；（3）系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。3．燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)

5、合驅(qū)動(dòng)FCEV這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q成超級(jí)電容。相對(duì)于蓄電池，超級(jí)電容充放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回收制動(dòng)能量方面比蓄電池有優(yōu)勢(shì)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，但是超級(jí)電容的能量密度較小。4．燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的FCEV這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相比燃料電池+蓄電池的結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)更加明顯，尤其是在部件效率，動(dòng)態(tài)特性，制動(dòng)能量回饋等方面。而其缺點(diǎn)也一樣更加明顯：（1）增加了超級(jí)電容，系統(tǒng)質(zhì)量將可能增加；（2）系統(tǒng)更加復(fù)雜化，系統(tǒng)控制和整體布置的難度也隨之增大。三、燃料電池電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)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(guān)鍵技

6、術(shù)之一。燃料電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可用耐久性、低溫啟動(dòng)溫度、凈輸出比功率以及制造成本四個(gè)要素來評(píng)判。2．車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見的車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)有高壓儲(chǔ)氫、低溫儲(chǔ)存液氫和金屬氫化物儲(chǔ)氫三種基本方案。3．車載蓄電系統(tǒng)車載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄電池及電化學(xué)超級(jí)電容器。4．電機(jī)及其控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是燃料電池電動(dòng)汽車的心臟，它正向著大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。5．整車布置燃料電池汽車在整車布置上存在以下關(guān)鍵問題：燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的相關(guān)布置動(dòng)力電池組的車身布置、氫氣瓶的安全布置高壓電安全系統(tǒng)的車身布置問題。6．能源動(dòng)力系

7、統(tǒng)的能量管理策略能量管理策略對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性影響很大，且受到動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。完成能量管理策略的工況適應(yīng)性開發(fā)后，其核心問題轉(zhuǎn)變?yōu)楣β史峙鋬?yōu)化，四、燃料電池汽車的優(yōu)勢(shì)及其問題1.燃料電池汽車的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)1）清潔無污染2）燃料補(bǔ)充方便，快捷，續(xù)航力遠(yuǎn)超普通純電動(dòng)汽車。3）效能高。4）動(dòng)力性能優(yōu)異。2.燃料電池汽車的存在的問題（1）性能與成本問題（2）燃料供應(yīng)與基礎(chǔ)設(shè)施問題第二節(jié)燃料電池汽車的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀一、燃料電池的發(fā)展歷史燃料電池在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化之前，已經(jīng)有