燃料电池汽车的介绍

燃料电池汽车的介绍

?燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。它的最大特点也在于此，能量转换效率不受“卡诺循

环”的限制，其能量转换效率可高达60%~70%，实际使用效率则是普通内燃机的2倍左右。

燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是

一种理想的车辆。

燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车辆直接携带着纯氢燃料，另外一些车辆有可能装有燃料重整器，能将烃类燃料转化为富氢气体。

单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。燃料电池汽车的优点

?与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：

1、提高了燃烧效率。

2、减少了机油泄露带来的水污染。

3、降低了温室气体的排放。

4、提高了燃油经济性。

5、零排放或近似零排放。

6、运行平稳、无噪声。

燃料电池汽车的关键技术

?电动汽车的关键技术包括电动技术、自动化技术、电子技术、信息技术及化学技术，虽然能源是最首要的问题，但是车身结构、电力驱动以及能源管理系统的优化同样至关重要。

与内燃机车相比，电动汽车的行驶里程较短，因此为了尽可能地利用车载的储存能量，必须选用合适的能量管理系统。可以在汽车的各个子系统安装传感器，包括车内外温度传感器、

充放电时间的电流电压传感器、电动机的电流电压传感器、车速传感器、加速度传感器及外部气候和环境传感器。能量管理系统可实现9 个功能：

1）优化系统能量流；

2）预计所生的能量来估计还能行驶的路程；

3）提供参考以便进行有效操作；

4）直接从制动中获取能量存入储能元件，例如：蓄电池；

5）根据外界的气候调节温度控制；

6）根据外界环境调节灯光亮度；

7）估计合适的充电算法；

8）分析能源，尤其是蓄电池的工作记录；

9）诊断能源的任何不恰当或者无效的操作。

把能源管理系统和导航系统结合起来，就可以规划能源效率的路径，锁定充电站的位置并可以根据交通状态预测可行驶里程。总之，能源管理系统综合了多功能、灵活和可变的显着优点，从而可以合理利用有限的车载能源

1 燃料电池

同电化学电池相比，燃料电池的显着优点在于燃料电池电动汽车可达到与燃油车一样的续驶里程，这是因为燃料电池电动汽车的行驶里程仅与燃料箱中的燃料多少有关，而与燃料电池的尺寸无关。实际上，燃料电池的尺寸仅与电动汽车的功率需求水平有关。

燃料电池的优点：

1）反应物加料时间远远短于电化学电池的充电时间（机械充电式电池除外）；

2）使用寿命长于电化学电池并且电池维护工作量更小。同普通电池相比，燃料电池是一个能量生成装置，并且一直产生能量直至燃料用尽。

燃料电池的优越性有：

1）高效率地把燃料转化为电能；

2）工作安静；

3）零排放或者低排放工作；

4）产生的剩余热量可以再利用；

5）燃料补充迅速，燃料易于获得；

6）工作持久可靠。

燃料电池电动汽车是汽车、电力拖动、功率电子、自动控制、化学电源、计算机、新能源及新材料等工程技术中最新成果的集成产物。因此，燃料电池电动汽车的开发和产业化需要解决诸多关键技术，如燃料电池、电动机控制、车身和底盘设计、测试技术及系统优化等。

2 燃料电池新技术

燃料电池是利用氢和氧的电化学反应来产生清洁能源的，它不会产生 CO2。但是，由于受到氢储存技术的限制，目前由燃料电池驱动的汽车样机和示范模型最高行驶距离仅能达到322 km。在标准的温度和压力下，如要存储足够的氢达到483 km的行驶距离，就需要一个体积相当于双层巴士大小的机载燃料电池；而其他方法如将氢气压缩储存在钢瓶里或将液化的氢气存储在罐里等，均因质量和体积问题无法实用。

英国UK-SHEC 项目组的研究人员，尝试将氢以更高的密度储存，使电池质量控制在可接受的范围内。他们采用“化学吸附”方法，将气体分子吸入固体化合物的晶格间，在需要时再将其释放出来。现在，研究人员已研制出一系列氢化锂化合物，能很好地满足上述要求。该项目协调人、英国牛津大学的彼得·爱德华兹教授说，“这是燃料电池行业和交通运输部门期待已久的突破，这项关键性的突破将使燃料汽车在未来10 年内大量生产和应用成为可能。

3 驱动电机技术

为了使车辆一次加够燃料后行驶更多里程，以及最大限度地利用氢能源以及尽可能减小车辆改装后的整备质量，这就要求电力驱动系统有高的效率和功率质量比。驱动电机应向着大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。当前驱动电机主要有感应电动机（IM）和磁无刷电动机（PMBLM），特别是永磁无刷电动机具有较高的功率密度和效率、体积小、惯性低和响应快等优点，在电动汽车方面有着广阔地应用前景。在设计和选择驱动电机时应保证电机的转矩 / 转速特性与整车负载特性匹配良好，电机转矩的动态性能好，以及恒速、恒功率和变工况都应当有较高的效率。

4 电子控制技术

与传统汽车相同，电子控制在燃料电池汽车的发展中也将起着越来越重要的作用。汽车的各种操纵系统都会向着电子化和电动化的方向发展，实现“线操控”即用导线代替机械传动机构，如“导线制动”和“导线转向”等。现有的12V 动力电源已满足不了汽车上所有电气系统的需要，而42 V 汽车电气系统新标准的实施，将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的变革；同时，机械式继电器和熔丝式保护电路也将随之淘汰。燃料电池的特性有其自身的特点：

1）电压低，电流大；

2）输出电流会随温度的升高而升高，输出电压会随输出电流的增大而下降；

3）从开始输出电压、电流到逐渐进入稳定状态，停留在过渡带范围内的动态反应时间较长。

正是由于以上特点，大多数电器和电机难以适应其电压特性，所以必须和DC/DC 变换器和DC/AC 逆变器配合使用，需要对燃料电池系统进行大量的功率调节以保证电压的稳定。

5 整车系统优化技术

燃料电池电动汽车的整车系统是涉及多学科技术的复杂系统，其性能受到多学科相关因素的影响，因此，必须在充分考虑各影响因素的基础上，对整车系统进行优化，可以改进燃料电池电动汽车性能和降低整车的设计和制造成本。

整体化设计理念中，材料的轻量化和空气动力学的充分利用被放在了最重要的位置。

因为汽车在行驶过程中，燃料消耗所产生的能量中，只有小部分是真正被用来推动汽车和乘客，而大部分的能量都通过热量的损失、滚动阻力、空气阻力及控制系统的低效率等被消耗掉，其间，汽车本身的质量和空气动力学因素起着很重要的作用。在整体化设计过程中，强调质量的减轻，即轻量化的车身需要更轻的底盘组件和更小的动力总成，而此组件的相互联系和组合小，但可以减小体积和减轻质量，甚至可以摒弃原先组件，进一步减轻系统的质量。燃料电池汽车的相关厂商

戴姆勒、福特汽车、通用汽车、本田、现代汽车、起亚汽车、雷诺日产和丰田汽车已经联合签署了关于燃料电池车的开发和市场进入等发展方向在内的基本意向书。为了燃料电池车的普及，这次联合签署的意向书的主要目的是支援氢供给技术设备的建设。这些汽车厂商已经积蓄了很多燃料电池方面的技术，而通过达成一致的发展意向，全球在零排放的燃料电池汽车的量产实用化上，又向前迈出了一大步。这次署名的各汽车厂商，估计都在

2015 年以后，将多种燃料电池车商品化，并以在全世界普及数十万台燃料电池车为目标。

当然由于各个厂商在商品化和市场进入时期等方面的战略各有不同，所以，有的厂商可能在2015 年以前就提前进入市场。

德国戴姆勒―奔驰公司――该公司计划以现有的“B 级”为原型，从09年底开始少量生产，2010年投入欧洲及美国市场。虽然奔驰公司表示，到2014 年该公司可以达到3000 辆氢燃料汽车的年产能，但也有专家表示，到2014 年全德能有500 至1000 台车投入运行就不错了。

奔驰B 级F―CELL 续航能力达400 公里外形特征：它的外观保留了奔驰B级原形车的样子，是一款豪华的运动休旅车。

动力特点：据了解，这款车预计今年年底上市。该车搭载氢燃料电池驱动系统，只需加注氢燃料通过车内装置迅速转化成电能，加满氢燃料的过程仅需 3 分钟。设计师把它的氢燃料罐和燃料电池设计成独特的夹层结构，这样就能大大节省车内空间。该车加满燃料的续航能力达400 公里，百公里耗能相当于3.3 升汽油。它的最大功率为136 马力，最高时速为170km/h，燃料转化为电能的过程不会产生任何污染，排出的只是水。

丰田――丰田汽车曾宣布与美国萨凡纳河国家实验室（SRNL：Savannah River Natial Laboratory）以及可再生能源实验室（NREL：National Renewable Energy Laboratory）共同实施了燃料电池车“Highlander FCHV-adv”的公路实验。实验结果表明，该车的续航距离可达到693km。

丰田Mark X Zio 氢燃料电池车该车充满燃料可行驶780 公里，燃料效率是双燃料车的两倍，是传统汽油车的3 倍，它的最高时速可达160 公里/小时，百公里加速为7 秒。上市时间2014 年。

本田――开发燃料电池车有概念车“PUYO”，最早商品化的燃料电池车FCX Clarity，虽然因成本过高的问题在市面上很少能够见到，但它的名声早已远播天下了。在08 年夏天本田便向北美市场租售2009 款本田FCX Clarity 燃料电池车，36 月租期，每月600 美元的租赁价格让人不禁感觉到燃料电池车也许并不遥远，但是本田只计划租赁100至200 辆左右的本田 FCX Clarity 燃料电池车，而大多数机会将会属于政客、娱乐名星和一些社会名流。将每辆价值上百万美元的 FCX Clarity 燃料电池车低价租赁出去，本田此举更多的是在于社会影响，而非经济利益。

本田FCX Clarity燃料电池车新一代的燃料电池汽车 FCX Clarity 以本田独创的燃料电池堆“V Flow FC Stack”技术为核心，实现了燃料电池车所特有的抢眼设计，划时代的外观线条，以及超凡的驾驭感觉。不仅实现了超级的清洁性，而且还赋予了燃料电池车独特的新价值和新魅力。

马自达――马自达一直在进行燃料电池开发计划。近期，马自达开发出以氢气为燃料的内燃机，绕开高成本的燃料电池同样实现零排放的最终目标。但是续驶里程过短和氢气成本高的阴影仍然笼罩在氢发动机汽车之上。

此外，马自达向岩谷产业公司交付了氢燃料混合动力车“Prem acy Hydrogen RE Hybrid”。岩谷产业和新日本石油等公司在北九州市共同经营氢燃料加气站，岩谷产业将把这些新车作为九州地区的工作用车。这是该款车型首次登陆九州，月租费为42 万日元（约合人民币3.1万元）。混合动力型Prem acy 的可使用汽油或氢燃料，并配备了电动马达。氢燃料和汽油混用可行驶约600 公里。

马自达RX-8Hydrogen RE马自达推出的RX-8 Hydrogen RE 集成了历经18 年的氢燃料研发的成果，其采用氢气和汽油双燃料切换系统的氢转子发动机。尽管这款氢动力汽车搭载了74 升压力高达350 标准大气压的高压气瓶也只能保证60 公里的续驶里程，当氢气耗尽时需要切换使用汽油行驶至加氢站重新补充燃料。

大发――大发很早就开始了燃料电池的研发，并且一直积极地投入不使用白金等稀有金属的燃料电池技术开发中。大发曾于2007 年发表了“无稀有金属燃料电池PMfLFC ”的

技术，获得了德国权威杂志“Angewandte Chem ie”的肯定。

大发新开发的新型燃料电池能够直接使用水合肼（N2H4?H2O）等液体燃料发电。而常用的固体高分子型燃料电池（PEFC）为了满足催化剂在强酸性环境下工作的要求，需要使用 Pt等昂贵的催化剂。PMfLFC 在碱性环境下工作，催化剂可以使用Co 和Ni。因此能够大幅降低燃料电池的成本。而且，与使用氢燃料的 PEFC相比，能够使用液体燃料的特点使得PMfLFC更加便于应用，燃料罐形状的自由度也比较高。但肼具有毒性。为了确保安全，大发工业将其固化储存在了燃料罐内。但现在还没有 1 辆车成功运用该技术，可见其投入精力不高。

福特――福特在燃料电池汽车研发方面除与巴拉德公司合作外，还与莫比尔展开了合作，共同开发小型燃料转化装置，即从碳氢燃料(如汽油和柴油)中提取燃料电池用氢气技术。

大众――帕萨特领驭氢燃料电池车燃料效率是汽油车3倍外形特征：车身线条硬朗大气，车尾的每个形与面分割得严谨有序，充满动感。

动力特点：该车采用氢燃料电池发动机，它打破传统发动机依靠燃料燃烧来提供能量，而且通过液压氢燃料来和空气中的氧气进行化学反应，一方面转化成电能，另一方面转化成水排出车外。这种方式不用担心燃料的浪费，也不会影响动力性。该车一次加满燃料的续航里程达235 公里，最高时速为145 公里/小时。此外，它与传统燃料、汽油等车型相比，能量转换效率高达80%，是普通内燃机的3 倍。

凯迪拉克Provoq 概念车这款车搭载最新 e-flex 氢燃料电池驱动系统，通过氢燃料转化成电能作为动力。该车一次续航里程可达483公里，百公里加速仅为8.5 秒。上市时间2011 年。

现代――i-Blue 氢燃料电池概念车这是一款全新的2+2 多用途 CUV 车型，搭载氢燃料电池，最大功率达136 马力。充满氢燃料后，续航距离能达600 公里，它的最高车速为165 公里/小时。上市时间2012 年。