燃料电池电动汽车
电动汽车分类
动
汽
车
分
类
3、燃料电池汽车
3.1 定义 燃料电池汽车是电动汽车的一种，其核心部件燃料电池的烧，直接变成电能。 3.2 特点
优点：1）零排放或近似零排放； 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； 5)提高了发动机燃烧效率； 6)运行平稳、无噪声。
3.3 结构组成 燃料电池汽车主要由贮氢罐、燃料电池组、电机控制系统、驱动电机、超级电容或
辅助蓄电池及热交换器等部件组成。
3.4 主要车型
燃料电池汽车厂家 荣威 奔腾
燃料电池汽车车型 荣威上海Plug-In燃料电池车
奔腾B70 FCV
4、混合动力汽车
4.1 定义 混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）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，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个 驱动系统单独或共同提供。按驱动行驶的不同可分为串联式混合动力汽车、并联式混合 动力汽车、混联式混合动力汽车。 4.2 特点
优点：1）因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下 坡时、怠速时的能量 2）可以利用现有的加油站加油，不必再投资 3）可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命， 降低成本
缺点：长距离高速行驶基本不能省油。
4.3 结构组成 混合动力汽车主要部件有发动机、电动机、发电机、电池组和混合动力控制总成等
组成。
End
燃料电池汽车原理
燃料电池汽车原理
燃料电池汽车是一种使用燃料电池作为主要能源的车辆。
其原理是通过将氢气与氧气反应产生电能来驱动汽车。
燃料电池是一种通过化学反应转化能量的设备，它类似于一个可逆的电池。
燃料电池由正极、负极和电解质层组成。
在正极，氢气被氧化成为氢离子，并释放出电子。
同时，在负极，氧气接受电子和氢离子，还原成为水。
这个过程同时释放出能量，从而产生了电能。
这些电子通过外部电路流动，驱动电动机转动，使汽车运行。
燃料电池汽车相比传统汽车有许多优点。
首先，燃料电池汽车零排放，只产生水作为副产品，对环境友好。
其次，燃料电池具有高效能转换率，可以充分利用燃料的能量，提高能源利用效率。
此外，燃料电池汽车具有快速加注和长续航里程的特点，更加便利实用。
然而，目前燃料电池汽车的成本仍然较高，需要进一步的研究和发展才能推广应用。
总之，燃料电池汽车利用氢气和氧气的化学反应产生电能，驱动汽车运行。
它具有零排放、高能效和快速加注等优点，但目前仍然面临成本较高的挑战。
燃料电池汽车作为一种新型清洁能源汽车，有着广阔的发展前景，有望成为未来出行的主要选择。
燃料电池技术在新能源汽车中的应用
燃料电池技术在新能源汽车中的应用随着环境污染和能源危机的日益严重，新能源汽车成为解决问题的重要途径。
而燃料电池技术作为新能源汽车的核心技术之一，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
本文将探讨燃料电池技术在新能源汽车中的应用，并分析其优势和挑战。
一、燃料电池技术的基本原理燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置。
其基本原理是通过氢气和氧气的反应产生电能和水。
燃料电池技术可以分为不同类型，如质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等。
其中，PEMFC是目前应用最广泛的一种燃料电池技术。
二、燃料电池技术在新能源汽车中的应用1. 零排放与传统燃油汽车相比，燃料电池汽车的排放几乎为零。
燃料电池产生的唯一废气是水蒸气，对环境几乎没有污染。
这对于改善空气质量和减少温室气体排放具有重要意义。
2. 高能效燃料电池汽车的能量转化效率远高于传统燃油汽车。
燃料电池的能量转化效率可以达到50%以上，而传统燃油汽车的能量转化效率通常只有20%左右。
这意味着燃料电池汽车可以更有效地利用能源，降低能源消耗。
3. 快速加氢相比电动汽车的充电时间，燃料电池汽车的加氢时间更短。
一般情况下，燃料电池汽车的加氢时间只需要几分钟，而电动汽车的充电时间可能需要几个小时。
这使得燃料电池汽车更加便捷和实用。
三、燃料电池技术的挑战尽管燃料电池技术在新能源汽车中具有诸多优势，但仍面临一些挑战。
1. 储氢问题燃料电池汽车需要储存氢气作为燃料，而氢气的储存是一个技术难题。
目前，常用的氢气储存方式包括压缩氢气和液化氢气，但都存在一定的安全隐患和成本问题。
因此，如何安全、高效地储存氢气仍是一个亟待解决的问题。
2. 建设氢气供应基础设施与传统加油站相比，建设氢气供应基础设施的成本更高。
目前，全球范围内氢气供应基础设施的建设还相对滞后，这限制了燃料电池汽车的推广和应用。
3. 成本问题燃料电池技术的成本仍然较高，主要原因是催化剂和质子交换膜等关键材料的成本较高。
燃料与电动汽车性能分析比较
燃料电池汽车与纯电动汽车性能综合对比纵观人类历史，文明的进步本质上就是能量输出强度的进步。
早期的农业文明，动力以人畜、木柴等生物能为主，输出功率非常有限，还受到土地承载能力的限制，经济只能在低水平不断循环；18世纪工业革命后，随着蒸汽机和内燃机的推广，基础能源变为以煤炭、石油为代表的化石能源，能量密度提升了上百倍，GDP也终于突破了“马尔萨斯陷阱”的束缚，呈现了指数型的增长。
目前全球能源结构为原油33%，天然气24%、煤炭30%，核电4%、水电7%和新能源2%，化石能源居于绝对主导地位。
但展望未来，人类能源结构还会产生重大变革，如现在锂电池车的发展就已经如火如荼，因此经济意义上的石油枯竭恐怕还会来的更早。
未来谁能全面替代石油，成为新一代的车用燃料就成为非常关键的问题。
目前替代石油车的主流技术路线就是锂电池和燃料电池。
燃料电池最大优势就是能量密度高，是锂电池的120倍。
但锂电池起步早，商业化程度更高，整车成本也更低，且充电可以利用现有的电网系统，相比燃料电池整个加氢和供氢的配套网络都要从头建设，成本也要更低。
因此这两者的竞争核心就是能量密度和成本的竞争。
下面从原理及结构、性能、成本等方面对燃料电池汽车和纯电动汽车进行对比分析。
1.原理及结构比较燃料电池汽车中的燃料电池是一种电能生产装置，它通过电催化反应将燃料中的化学能转换成电能释放出来，其化学反应原理如下：正极：H2＝2H+ + 2e-负极：½ O2 + 2H+ + 2e- = H2O总反应：H2 + ½ O2＝ H2O纯电动汽车中的锂电池是一种能量存储装置，属于二次电池，通过可逆的电化学反应实现电能的存储和释放，其化学反应原理如下：正极：LiCoO2＝Li(1-x)CoO2+xLi++xe-负极：6C+xLi++xe- = LixC6总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6燃料电池原理图锂电池原理图由于燃料电池不能储存电能，结构上要比锂电池复杂。
燃料电池电动汽车发展现状和趋势
燃料电池电动汽车发展现状和趋势燃料电池电动汽车是指由燃料电池系统作为动力源或主动力源的汽车。
燃料电池是一种将外部供应的燃料（氢）和氧化剂（氧）中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其他反应产物的发电装置，其过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率高，产物仅为电、热和水蒸气，运行平稳，无振动和噪声，被认为是21世纪的绿色能源。
燃料电池电动汽车一般包括纯燃料电池驱动，或者燃料电池加上动力电池的电-电混合动力驱动，由于后者相对前者可以实现制动能量回收，可以实现更好的经济性和耐久性，因此越来越多被工业界所采用。
基本上可以说，目前的燃料电池电动汽车，实际指燃料电池（加动力电池的）混合动力汽车。
《中国制造2025》将“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，明确了“继续支持电动汽车、燃料电池电动汽车发展”的要求，为新能源汽车的发展指明了方向。
其中，首次明确提出了针对燃料电池电动汽车的国家层面的规划，包括推广数量及关键技术指标，即2020年实现燃料电池关键材料批量化生产的质量控制和保证能力，生产1000辆燃料电池电动汽车并进行示范运行；到2025年，制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池电动汽车实现区域小规模运行。
这些目标充分体现了国家推广燃料电池电动汽车的决心。
然而，通过比对国外同期的技术及产业发展水平，发现尽管国家规划对燃料电池电动汽车未来的各项要求已经较目前水平有了大幅提升，但是距离国外标杆企业仍有较大差距。
本文将从国内外的燃料电池电动汽车技术及产业实际发展情况出发，说明目前国内燃料电池电动汽车研发和推广所处的实际水平及产业发展所面临的问题，提出在《中国制造2025》指导下未来燃料电池电动汽车发展的相关建议。
一国外燃料电池电动汽车发展现状和趋势在过去的25年间，世界各国主要汽车生产商一直在进行有关燃料电池电动汽车的研发，只是侧重点不同而已。
随着20世纪90年代燃料电池电堆的发展，汽车生产商们纷纷意识到燃料电池电堆对于整车性能及成本至关重要，并在2000～2010年间纷纷开始自主研发燃料电池。
燃料电池汽车参数
燃料电池汽车参数燃料电池汽车是一种装载了燃料电池的电动汽车。
它的主要特点是使用氢气作为能源，经过燃料电池反应产生电能驱动电机实现汽车的行驶。
相比于传统的内燃机汽车，燃料电池汽车具有零排放、低噪音、高能效等特点。
本文将介绍燃料电池汽车的参数。
1. 车身尺寸燃料电池汽车的车身尺寸一般与普通汽车相当，目前市场上常见的燃料电池汽车车身尺寸多在4米到5米之间，宽度在1.8米左右。
2. 质量和载重燃料电池汽车的质量主要由电池和氢气储存罐等设备决定，因此相比传统的内燃机汽车，燃料电池汽车往往较为轻盈。
其载重一般在500kg左右。
3. 动力系统燃料电池汽车的动力系统主要由燃料电池、电机以及电子控制系统等组成。
燃料电池是燃料电池汽车的核心部件，它将氢气和氧气上的电化学反应转化为电能来驱动电机。
电机则是直接通过电能来驱动车轮转动的装置。
电子控制系统则起到监测和控制动力系统运行的作用。
4. 电池类型和容量燃料电池汽车的电池选择一般分为两种：质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。
PEMFC是目前最为常见的一种电池类型。
其电池容量一般在60kW到120kW之间，能够提供足够的能量来驱动汽车行驶数百公里。
5. 续航里程燃料电池汽车的续航里程一般在300km以上，有些车型甚至能够达到500km以上。
相比传统的电动汽车，燃料电池汽车的续航里程更为可靠和稳定，而且加注氢气所需时间较短，用户的使用体验也更佳。
6. 最高车速燃料电池汽车的最高车速一般在150km/h左右，这是由于其动力系统的特性所致。
虽然较普通汽车略为降低，但也能够满足大部分的行驶需求。
7. 加注氢气时间燃料电池汽车的加注氢气时间一般在3到5分钟之间，相比于传统的电动汽车快速充电所需的时间较长。
目前，世界上已经建成了大量的氢气加注站，未来也有望进一步扩大规模，推动燃料电池汽车的应用普及。
总结：燃料电池汽车相比传统的汽油车和电动汽车具备明显的优势，其参数表现也越来越适应人们的生活需求。
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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项目3 燃料电池电动汽车
（2）燃料电池汽车控制系统
项目3 燃料电池电动汽车
（3）驱动系统 l 经过DC/DC转换器、逆变器转换为交流
电输送给驱动电动机，驱动车轮转动。 （4）辅助动力系统
l 蓄电池组作为辅助电源。
项目3 燃料电池电动汽车
2.FCEV的工作原理
（1）在电动汽车开始行驶 时，蓄电池组为驱动系统 提供能量，并对燃料电池 进行预热，燃料电池动力 系统不需要工作 （2）当氢气供给足够时， 燃料电池动力系统起动， 由燃料电池动力系统为驱 动系统提供能量.
项目总结
1. FCEV是通过电化学反应将燃料的化学能直 接转变为电能的汽车。
2.FCEV汽车的主要优点是真正的零污染，能 量转化效率高，缺点是燃料电池成本过高。
3. FCEV一般由燃料箱、燃料电池、控制系统、 驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构。
项目3 燃料电池电动汽车
4.单体燃料电池主要由电解质、燃料电极、 隔离板、空气电极和集流板等组成。燃 料电池工作时，外界不断供给负极氢气， 供给正极空气，在催化剂（铂、多孔石 墨等）作用下，负极氢原子中的电子被 分离出来，在正极吸引下，在外电路形 成电流，失去电子的氢离子，在正极与 氧及电子结合为水。
项目3 燃料电池电动汽车
任务3.1 燃料电池电动汽车概述
项目3 燃料电池电动汽车
3.1.1 什么是燃料电池电动汽车（视频）
l 燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，简称FCEV），它 是通过电化学反应将燃料的化学能直 接转变为电能的汽车。
l FCEV的特点:零污染,能量转化效率高; 成本过高，技术复杂。
项目3 燃料电池电动汽车
（3）当车辆能量需求较大时，燃料 电池动力系统与蓄电池组同时为驱 动系统提供能量
（4）当车辆能量需求较小时，燃料 电池动力系统为驱动系统提供能量 的同时，还给蓄电池组进行充电。
项目3 燃料电池电动汽车
3.燃料电池汽车的分类
（1）按氢气供给方式分
项目3 燃料电池电动汽车 改质型和非改质型FCEV组成比较
1-驱动轮 2-驱动系统 3-驱动电动机 4-逆变器 5-辅助电源( 蓄电池、超级电容 器) 6-燃料电池发动机7-空气压缩机和空气加湿装置 8-氢气管理系统 9-中央 控制器 10- DC/DC转换器 11-氢气储存罐 12-燃烧器和改质器 13-甲醇储存罐
14-H2净化器
项目3 燃料电池电动汽车
项目3 燃料电池电动汽车
5. FCEV按氢气供给方式可分为改质型和 非改质型两种。按照电解质的类型可分 为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、 磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸 型燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃 料电池（SOFC）、碱性燃料电池 （AFC）等几种型式。
6.FCEV出现水淹，将导致汽车行驶无力， 可以从测定阳极水压和单体电池判断。
项目3 燃料电池电动汽车
主要内容
1.燃料电池电动汽车特点与分类 2.燃料电池电动汽车结构原理 3.燃料电池电动汽车使用维修
项目3 燃料电池电动汽车
任务3.2 燃料电池电动汽车行驶无力 的故障排除
3.2.1 燃料电池电动汽车行驶无力的故障案例
l 一辆FCEV，在行驶过程中，突然发现行驶 无力，检测发现单体燃料电池电压下降，阳 极侧压力降低明显，请判断故障位置并检测。
项目3 燃料电池电动汽车
3.2.2 燃料电池电动汽车的结构原理
1. FCEV基本组成结构
项目3 燃料电池电动汽车
（1）燃料电池组
项目3 燃料电池电动汽车 2. 燃料电池电动汽车结构组成
项目3 燃料电池电动汽车
燃料电池组
燃料电池（Fuel cell）是一种将储 存在燃料和氧化剂中的化学能通过 电极反应直接转化为电能的发电装 置。
（2）按燃料电池使用的电解液不同分
类型
质子交换膜 燃料电池
磷酸燃料电 池
电解质质子交 换膜源自导电离子 H+H3PO4
H+
熔融碳酸盐 燃料电池
Na2CO3
CO32-
固体氧化物 燃料电池
ZrO2Y2O3
O2-
工作温度 80-100℃
燃料
氢气、重整 氢
氧化剂 空气
200℃
重整气
空气
650℃ 1000℃
净化煤气、 天然气、重
项目3 燃料电池电动汽车
1-负极集流体加强肋 2-隔离板、集流板 3-正极集流体加强肋 4-空气通道 5-正极 6-电解质基体 7-负极 8-燃料气体通道 9-负极集流体加强肋 10-
隔离板、集流板
项目3 燃料电池电动汽车
燃料电池工作原理
项目3 燃料电池电动汽车
项目3 燃料电池电动汽车
燃料电池工作原理
整气
净化煤气、 天然气
空气 空气
项目3 燃料电池电动汽车 质子交换膜燃料电池组成
项目3 燃料电池电动汽车
溶融的碳酸盐燃料电池工作原理
项目3 燃料电池电动汽车
固态氧化物燃料电池工作原理
项目3 燃料电池电动汽车
磷酸燃料电池工作原理
项目3 燃料电池电动汽车
碱性燃料电池工作原理
项目3
燃料电池电动汽车