新能源之燃料电池汽车
新能源汽车分类
新能源汽车分类新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、氢动力汽车等。
1.纯电动汽车纯电动汽车（Battery Electrical Vehicle），是指车辆能量完全由动力电池提供，并通过电机来驱动车辆的运行。
纯电动汽车也是目前最常见的新能源汽车之一，例如特斯拉、比亚迪e5。
纯电动汽车技术相对简单成熟，可使用家庭电网进行充电，能量效率高，运行过程中无空气污染并且没有噪声，但缺点在于充电时间长、续航里程相对燃油汽车较短、电池成本较高。
2.混合动力汽车混合动力汽车HEV（Hybrid Electrical Vehicle）是指至少从下述两类车载储存的能量中获得动力的汽车：一是可消耗的燃料；二是可再充电能/能量储存装置。
混合动力汽车通过调整发动机工作点来减少排放并改善燃油消耗，代表车型有丰田普锐斯、比亚迪宋DM、吉利博瑞GE等。
混合动力汽车配备两套动力系统，传统的汽油内燃机系统加上动力电池的电机系统。
混合动力汽车有着低油耗、低排放，可加注汽油续航里程高的优点成为目前最常见的新能源汽车之一，但是由于两套动力系统造成系统结构相对复杂，成本也相对燃油汽车更高。
较之纯电动汽车，混合动力汽车具有如下特点：（1）可以最大限度发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优势。
（2）由于有原动机作为辅助动力，电池的数量和质量可以减少，因此汽车自身重量可以减轻。
（3）汽车的续航里程和动力性可达到内燃机的水平。
（4）借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，无须消耗电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。
较之内燃机汽车，混合动力汽车具有如下优势：（1）可使原动机在最佳的工况区域稳定运行，从而大大减少了汽车的变工况（特别是低速、怠速）时的排放，再由于可回收制动能量，可使混合动力汽车成为较低排放的节能汽车。
（2）在人口密集的商业区、居民区和游览区等区域，混合动力汽车可以关闭辅助动力单元，由纯电力驱动，成为零排放的电动汽车。
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍
燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分介绍燃料电池电动汽车是利用燃料电池作为能源，将化学能转化为电能驱动电动汽车运行的一种新型汽车。
它与传统的内燃机汽车相比，具有零排放、高效能、低噪音等优点，是未来新能源汽车发展的重要方向之一、下面将介绍燃料电池电动汽车的主要结构和组成部分。
1.燃料电池堆：燃料电池堆是燃料电池电动汽车的核心部分，它由多个燃料电池单元组成。
每个燃料电池单元由两个电极、电解质膜和电催化剂组成。
当燃料（常用的是氢气）和氧气通过不同的电极与电解质膜反应时，产生电子和离子。
电子通过外部电路传导出去驱动电动汽车运行，而离子则通过电解质膜传递，保持正负电荷平衡。
2.燃料供应系统：燃料供应系统主要包括氢气储存器、氢气传输管道和氢气喷射器。
燃料电池电动汽车使用氢气作为燃料，因此需要一个氢气储存器来存放氢气，并通过传输管道将氢气输送到燃料电池堆。
氢气喷射器将氢气注入燃料电池堆，参与反应转化为电能。
3.氧气供应系统：氧气供应系统主要包括氧气传输管道和氧气供应单元。
氧气传输管道将外界的空气输送到燃料电池堆，供给氧气参与反应。
氧气供应单元通常为污染物捕获装置，可以有效地过滤和吸收空气中的杂质和污染物，保证氧气的纯度和质量。
4.控制系统：燃料电池电动汽车的控制系统包括电池管理系统（BMS）、氢气控制系统和水管理系统。
电池管理系统主要用于监测和管理燃料电池堆的工作状况，保证系统的安全稳定运行。
氢气控制系统用于控制氢气的供给和喷射，确保燃料电池堆的正常运行。
水管理系统主要用于控制燃料电池堆内的水循环，保持电解质膜的湿润状态。
5.动力系统：燃料电池电动汽车的动力系统主要由电动驱动系统和能量回收系统组成。
电动驱动系统由电动机、电机控制器和传动装置组成，将电能转化为机械能驱动车辆前进。
能量回收系统通过回收制动能量和洗涤水的余热能量等，将废能量转化为电能，提高能源利用效率。
除了以上的主要结构和组成部分，燃料电池电动汽车还包括车身结构、悬挂系统、转向系统等其他常规汽车的组成部分。
新能源汽车的市场竞争电动燃料电池和混合动力的对比
新能源汽车的市场竞争电动燃料电池和混合动力的对比新能源汽车的市场竞争：电动燃料电池与混合动力的对比随着环境保护意识的增强和人们对可持续发展的追求，新能源汽车作为替代传统燃油汽车的重要选择，在全球范围内受到了广泛关注。
其中，电动燃料电池车和混合动力车成为了市场上的两大主流技术。
本文将对这两种新能源汽车技术进行全面对比，以探讨其市场竞争力。
一、电动燃料电池汽车电动燃料电池汽车，简称燃料电池车，利用氢气与氧气在燃料电池中发生反应，产生电能驱动车辆行驶。
与传统汽车相比，燃料电池汽车具有零排放、高续航里程、加氢便捷等优点。
1. 环保性能燃料电池汽车的尾气产物仅为纯净的水蒸气，零排放使其成为一种极为环保的交通工具。
相比之下，传统燃油汽车所排放的尾气中包含有害物质，对环境和人体健康造成较大危害。
2. 续航里程燃料电池汽车的续航里程相对较长，一次充氢可以行驶更远的距离。
这在很大程度上弥补了电动车充电时间过长、续航里程不足的问题。
3. 加氢便捷相较于电动车充电时间较长的问题，燃料电池车的加氢时间仅需几分钟即可完成。
这样的加氢便捷性可以提高用户的使用体验，满足对汽车加油的便捷性和效率性的需求。
二、混合动力汽车混合动力汽车是指同时搭载燃油发动机和电动机的汽车，通过电动机和发动机的协同工作，实现燃油和电能的双重驱动。
相对于传统燃油汽车，混合动力汽车具有燃油经济性高、续航里程长、可靠性强等特点。
1. 燃油经济性混合动力汽车通过电能驱动，在燃油发动机工作时还可以将能量回收进行储存，实现了能量的高效利用，从而在燃油经济性方面具有较大优势。
使用混合动力汽车可以显著降低燃油消耗和碳排放。
2. 续航里程与纯电动车相比，混合动力汽车不仅可以通过燃料发动机行驶，还可以通过电动机行驶，因此具有相对较长的续航里程。
对于长途出行的用户来说，混合动力汽车在续航里程方面更具优势。
3. 可靠性强混合动力汽车可以根据行驶状况自动切换至最佳驱动模式，既保证了动力性能，也延长了发动机和电池的使用寿命。
常见的新能源汽车有哪些种类
常见的新能源汽车有哪些种类新能源汽车是指有别于传统的燃烧汽油或柴油的发动机汽车, 目前主要分为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等几大种类。
1.纯电动汽车(Battery Electric Vehicle , 简称BEV)纯电动汽车就是指纯粹靠电能驱动的车辆, 它不需要其他能量。
它可以通过家用电源（普通插座）、专用充电桩或特定的充电场所进行充电, 以满足日常的行驶需求。
代表车型: 北汽EX360、比亚迪e系列。
在结构原理上, 纯电动汽车完全依靠电能驱动, 工作时安静程度也比普通燃油汽车好很多, 甚至还需要刻意去加装加噪装备提醒路人有车辆经过, 而且电机具备低转速、高扭矩的特点, 使得其启动和加速性能也很好。
纯电动汽车的优势就是零排放, 完全不需要燃油产生动能, 使用成本较传统燃油汽车低很多, 周期性保养项目、保养费用也比普通汽车低很多, 一般更换齿轮油、刹车片即可。
还可以享受到较多的国家补贴, 不同地区也都有相应的补贴政策。
纯电动汽车的缺点也很明显: 续航里程受电池容量的限制, 续航里程也比较短；与传统燃油车辆加油相比, 充电比较费时。
同时为之服务的充电设施数量比较少, 布局也不够广泛, 还有待进一步增设；动力电池更换费用高, 甚至占总车价的一半还多, 电池衰减的问题却是客观存在的；环境温度对于电池的影响也比较明显, 尤其是严寒的冬季电池容量明显减小。
目前大部分厂家都提供5年/10万千米的电池质保。
2.混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, 简写HEV）广义上说, 混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆, 车辆由单个驱动系统单独或共同提供动力。
通常我们说的混合动力汽车, 是指油电混合动力汽车, 即采用传统的内燃机（柴油机或汽油机）和电机作为动力源。
混合动力汽车可以分为三类:（1）普通混合动力汽车。
普通混合动力汽车的动力电池容量较小, 不能由外部电源充电, 纯电动模式续航里程很短, 纯电驱动仅在车辆起步、低速工况时使用, 汽车运行时主要依靠发动机, 只有在急加速时, 电机才辅助提供能量。
新能源汽车燃料电池汽车
项目三 其他新能源汽车相关学习任务学习任务9 燃料电池汽车学习任务10 气体代燃料汽车学习任务11 液体代燃料汽车学习任务12 其他清洁能源汽车项目三 其他新能源汽车学习任务9 燃料电池汽车【任务引入】燃料电池汽车（FCV）是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。
车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。
与通常的电动汽车比较，其动力方面的不同在于FCV用的电力来自车载燃料电池装置，电动汽车所用的电力来自由电网充电的动力蓄电池。
因此，FCV的关键是燃料电池。
本学习任务主要学习燃料电池的结构原理，燃料电池发电系统组成及工作原理和车载氢气系统安全措施。
【学习目标】1.能够简单描述燃料电池汽车的发展历史。
2.能够正确描述燃料电池的基本结构原理、特点及应用于汽车的燃料电池种类。
3.能够正确描述质子交换膜燃料电池的组成、各组成部分的作用及基本工作原理。
4.能够正确描述燃料电池组的组成及各组成部分的作用。
5.能够正确描述以氢为燃料的燃料电池发电系统和以甲醇为燃料的燃料电池发电系统的组成及各组成部分的功能。
【学习目标】6.能够正确描述燃料电池汽车采用的电源复合结构种类及各类型电源复合结构的特点。
7.能够正确描述燃料电池汽车混合动力系统的类型及各类型系统的特点。
8.能够正确描述车载氢气系统的安全装置种类及各类型安全装置的作用。
9.能够简单说明几款典型燃料电池汽车的特点。
学习任务9 燃料电池汽车相关知识学习一、燃料电池汽车发展历史二、燃料电池三、燃料电池发电系统结构原理四、车载氢气系统安全措施五、典型的氢燃料电池汽车任务实施与考核学习效果检验一、燃料电池汽车发展状况简介1.国外发展状况2.我国发展状况早在1994年，戴姆勒就开发出燃料电池汽车“NECARI”，随后又推出它的姊妹车“NECAR2”。
1997年秋在法兰克福汽车展上，戴姆勒展出了“NECAR3”。
1999年，戴姆勒-克莱斯勒汽车公司与福特汽车公司联手研制成功的以液氢为动力的“NECAR4”2000年，戴姆勒-克莱斯勒公司宣布，已经开发出以甲醇为燃料电池汽车“NECAR5”和“Jeep Commander 2”。
燃料电池电动汽车课件
优点
③燃料多样化，优化了能源消耗结构。
燃料电池所使用的氢燃料来源广泛，自然界 中，氢能大量存储在水中，可采用水分解制 氢，也可以从可再生能源获得，可取自天然 气、丙烷、甲醇、汽油、柴油、煤以及再生 能源。燃料来源的多样化有利于能源供应安 全和利用现有的交通基础设施（如加油站 等）。燃料电池不依赖石油燃料，各种可再 生能源可以转化为氢能加以有效利用，减少 了对石油资源的依赖，优化了交通能源的构 成。
燃料电池技术虽已取得快速发展，但要使其装载使用达到规模，仍 有一些难题需要解决，例如氢的制取、储存及携带成本高、基础设 施建设投资大等。当前研究和开发工作的重点是降低成本和开发大 规模制造工艺。随着燃料电池的体积功率和质量功率的逐步提高， 生产成本的不断降低，制造材料和工艺的进一步改进和完善，以燃 料电池作动力的汽车将会得到广泛使用。
04
现实事例
丰田Mirai燃料电池汽车
本田Clarity Fuel Cell
丰田Mirai燃料电池汽车——整车
丰田Mirai燃料电池汽车——子系统
01
02
燃料电 储能 池堆 电池
03
04
05
高压储 氢气罐
驱动电机 和FC升压 变频电机
动力控 制装置
燃料电 池堆
丰田Mirai燃料电池汽车—子系统
储能 电池
为了提高效率，Mirai 后备箱中有一块镍氢储 能电池，用于吸收燃料 电池组输出剩余的电能 和车辆行驶过程中回收 的电能，供汽车急加速 或车载电池使用。
丰田Mirai燃料电池汽车—子系统
驱动 电机
动力控 制装置
FC升 压变频
器
TFCS系统中，燃料电池发出的电能 还需要经过升压变频器的升压才能 供给电动机使用，最大输出电压为 650V。
新能源汽车技术概论 第七章 燃料电池电动汽车
本章课程结束
3）需要配备辅助电池系统
燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收再生制动的反馈能量。通常在燃料电池汽 车上须增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和在燃料电池汽车减速时接受再生 制动时的能量。
燃料电池电动汽车基本机构
纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽 车的所有功率负荷都由燃料电池承担。其主要缺点有： 燃料电池的功率大，成本昂贵。
（1）当输入直流电压在一定范围内变化时，能输出负载要求的变化范围的 直流电压。
（2）输出负载要求的直流电流（范围）：能够输出足够的直流负载电流， 并且能够允许在足够宽的负载变化范围的情况下设备能正常运行。
（3）变换器是能量传递部件，因此需要转换效率高，以便提高能源的利用 率；
（4）为了降低对燃料电池的输出电压要求，变换器应具有升压功能； （5）由于燃料电池输出的不稳定，需要变换器闭环运行进行稳压，为了给 驱动器稳定的输入，需要变换器有较好的动态调节能力；
燃料电池发动机系统
驱动电机 DC/DC变换器的基本功能：
（1）直流电机驱动系统采用换向器和电刷，保证了励磁磁动势与电枢磁动 势的严格正交，易于控制。但直流电机结构复杂，其高速性能和可靠性受换 向器和电刷的影响较大。 （2）交流电机坚固耐用、结构简单、技术成熟、免维护、成本低，尤其适 合恶劣的工作环境。其缺点在于损耗大、效率低、功率因数低，进而导致控 制器容量增加，成本上升。
功率跟随模式 开关模式。
五、 典型的氢燃料电池汽车
图7-14 2017款本田FCX Clarity燃料电池车
Honda FCX Clarity主要动力部件的整车布置图
Honda FCX Clarity动力系统结构主要由动力控制单元 （Power Control Unit），燃料储气罐（Hydrogen Storage Tank），驱动 电机（Electric Motor），燃料电池堆（Fuel Cell Stack ），高功率的锂
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2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
以氢气为燃料的FCEV的总布置基本结构模型
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2. 辅助动力源
在FCEV上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备 有辅助动力源。根据FCEV的设计方案不同，其所采 用的辅助动力源也有所不同，可以用蓄电池组、飞 轮储能器或超大容量电容器等共同组成双电源系统。
2.3 燃料电池电动汽车
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
1．纯燃料电池驱动的FCEV
纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽 车的所有功率负荷都由燃料电池承担。
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动 (FC+B+C)的FCEV
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃料电池发动 机、辅助动力源、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、 电动机和动力电控系统等组成。 1. 燃料电池发动机 在FCEV所采用的燃料电池发动机中，为保证 PEMFC组的正常工作，除以PEMFC组为核心外， 还装有氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系 统、反应生成物的处理系统、冷却系统和电能转换 系统等。只有这些辅助系统匹配恰当和正常运转， 才能保证燃料电池发动机正常运转。
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
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2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
❖ (4) 过载能力强。燃料电池除了在较宽的工作范围 内具有较高的工作效率外，其短时过载能力可达额 定功率的200％或更大。
❖ (5) 低噪音。燃料电池属于静态能量转换装置，除 了空气压缩机和冷却系统以外无其它运动部件，因 此与内燃机汽车相比，运行过程中噪音和振动都较 小。
车的所有功率负荷都由燃料电池承担。
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
❖ 2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)的FCEV
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
❖ 3．燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)的FCEV
❖ 这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似，只是把 蓄电池换成超级电容。相对于蓄电池，超级电容充 放电效率高，能量损失小，比蓄电池功率密度大， 在回收制动能量方面比蓄电池有优势，循环寿命长， 但是超级电容的能量密度较小。随着超级电容技术 的不断进步，这种结构将成为一种新的重要研究方 向。
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
❖ 4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动 (FC+B+C)的FCEV
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
❖ 燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃料电池发动 机、辅助动力源、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、 电动机和动力电控系统等组成。
❖ 以氢为燃料的燃料电池发动机系统
2.3.2 燃料电池电动汽车ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构原理
❖ 以氢气为燃料的FCEV的总布置基本结构模型
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
❖ 2. 辅助动力源 ❖ 在FCEV上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备
有辅助动力源。根据FCEV的设计方案不同，其所采 用的辅助动力源也有所不同，可以用蓄电池组、飞 轮储能器或超大容量电容器等共同组成双电源系统。
❖ (6) 设计方便灵活。燃料电池汽车可以按照X－By －Wire的思路进行汽车设计，改变传统的汽车设 计概念，可以在空间和重量等问题上进行灵活的配
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
❖ 燃料电池电动汽车的主要缺点有： ❖ (1) 燃料电池汽车的制造成本和使用成本过高。 ❖ (2) 辅助设备复杂，且质量和体积较大。 ❖ (3) 起动时间长，系统抗振能力有待进一步提高。
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
❖ 5.奇瑞燃料电池电动汽车
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
❖ 6．长安志翔燃料电池电动汽车
❖ 1. 燃料电池发动机
❖ 在FCEV所采用的燃料电池发动机中，为保证 PEMFC组的正常工作，除以PEMFC组为核心外， 还装有氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系 统、反应生成物的处理系统、冷却系统和电能转换 系统等。只有这些辅助系统匹配恰当和正常运转， 才能保证燃料电池发动机正常运转。
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
❖ 1. 雪佛兰Equinox氢燃料电池电动汽车
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
❖ 2.奔驰燃料电池B级F-Cell电动汽车
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
❖ 3. “上海牌”燃料电池电动汽车
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
❖ 4. 帕萨特领驭氢燃料电池电动汽车
❖ 3. DC/DC变换器 ❖ FCEV的燃料电池需要装置单向DC/DC变换器，蓄
电池和超级电容器需要装置双向DC/DC变换器。
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
❖ 4. 驱动电动机 ❖ 燃料电池电动汽车用的驱动电动机主要有直流电动
机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。 燃料电池汽车驱动电机的选型必须结合整车开发目 标，综合考虑电动机的特点。驱动电动机的详细内 容见第4章。 ❖ 5. 动力电控系统 ❖ 燃料电池汽车的动力电控系统主要由燃料电池发动 机管理系统( FCE-ECU) 、蓄电池管理系统(BMS)、
2.3 燃料电池电动汽车
❖ 2.3.1 燃料电池电动汽车的类型 ❖ 2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理 ❖ 2.3.3 燃料电池电动汽车的特点 ❖ 2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
❖ 1．纯燃料电池驱动的FCEV ❖ 纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
❖ (1) 效率高。燃料电池的工作过程是化学能转化为 电能的过程，不受卡诺循环的限制，能量转换效率 较高，可以达到30%以上。
❖ (2) 续驶里程长。采用燃料电池系统作为能量源， 克服了纯电动汽车续驶里程短的缺点，其长途行驶 能力及动力性已经接近于传统汽车。
❖ (3) 绿色环保。燃料电池没有燃烧过程，以纯氢作 燃料，生成物只有水，属于零排放。采用其它富氢 有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池的燃料， 生产物除水之外还可能有少量的CO2，接近零排放。