5 燃料电池电动汽车
普通蓄电池的工作原理？
单元一 新能源汽车概述
课题五 燃料电池电动汽车
燃料电池种类：氢燃料电池、甲醇燃料电池、生物燃料电池等 主要原理：将燃料及氧化剂中的化学能转换成电能 优点：能量转换效率高、环境污染小等 一、燃料电池的工作原理和分类 1. 组成：正极——燃料电极
负极——氧气电极
作催化剂，通常以氧化镍为主。
单元一 新能源汽车概述
课题五 燃料电池电动汽车
（4）质子交换膜燃料电池（PEMFC） 质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。
课题五 燃料电池电动汽车
二、燃料电池发电系统的组成和工作原理 燃料电池发电系统（FCS） 由燃料电池堆、燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统、总控系统组成。
碱性燃料电池的电解质为碱性的氢氧化钾（KOH）， 故称为碱性燃料电池。 碱性燃料电池一般以石墨、镍和不锈钢作为碱性燃料 电池的结构材料。碱性燃料电池按燃料性质不同，化
学反应温度为80～260℃。
单元一 新能源汽车概述
课题五 燃料电池电动汽车
（2）磷酸燃料电池（AFC） 磷酸燃料电池是以磷酸为电解质，故称为磷酸燃
（2）辅助动力源
动力电池、超级电容、混合 → FC+B、FC+C、FC+B+C
目前最成熟的技术——以纯氢为燃料的发电系统
课题五 燃料电池电动汽车
三、汽车用FCS的结构和原理 燃料电池电动汽车就是电动汽车的一种，主要却别在动力电池的工作原理不同。 燃料电池通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所采用的还原剂为氢气，氧化 剂为氧气或空气。基本原理如下图：
课题五 燃料电池电动汽车
2. 原理：正极氧化反应输出电子，负极还原反应接受电子，电解质传递反应离子和电子
单元一 新能源汽车概述
课题五 燃料电池电动汽车
3. 分类：燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃 料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。
（1）碱性燃料电池（AFC）
四、FCEV的系统组成和工作原理 FCEV的结构形式： （1）按驱动形式分纯燃料电池驱动和混合驱动
（2）按FCS能量来源分车载纯氢和燃料重整
1. 燃料电池单独驱动汽车动力系统
课题五 燃料电池电动汽车
四、FCEV的系统组成和工作原理 2. 燃料电池混合动力汽车动力系统 （1）DC / DC转换器 升压、稳压、限制Βιβλιοθήκη 出A/P而保护FCS料电池。
磷酸燃料电池以磷酸（ 100% ）为电解质。是由 燃料电极、隔板、隔膜、空气电极氧电极和冷却 板组成。
单元一 新能源汽车概述
课题五 燃料电池电动汽车
（3）熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 熔融碳酸盐燃料电池通常采用含锂和钾的碳酸盐
为电解质，阴极为镍的氧化物，阳极为镍合金，
正常工作温度为650oC。在这样高的温度下，电 池阴阳极电化学反应都很快，不需要使用贵金属
燃料电池汽车概论.
燃料电池汽车概论一、燃料电池汽车的特点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，直接变成电能的。
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。
与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：1、零排放或近似零排放。
2、减少了机油泄露带来的污染。
3、降低了温室气体的排放。
4、提高了燃油经济性。
5、提高了发动机燃烧效率。
6、运行平稳、无噪声。
二、燃料电池的工作原理三、燃料电池电动汽车的现状与发展燃料电池以其特有的燃料效率高、比能量大、比功率大、供电时间长、使用寿命长、可靠性高、噪声低及不产生有害排放物NO2等优点正在引起世界各国的注意。
与内燃机汽车相比，氢燃料电池电动汽车有害气体的排放量减少99%，CO2的生成量减少75%，电池能量转换效率约为内燃机效率的2.5倍。
这种电池将有可能成为继内燃机之后的汽车最佳动力源之一。
近年来一些厂家，如戴姆勒-克莱斯勒、丰田、通用、本田、日产、福特等公司都开发了自己的燃料电池电动汽车(FCEV)。
汽车界人士认为FCEV是汽车工业的一大革命，是21世纪真正的纯绿色环保车，是最具实际意义的环保车种。
1.燃料电池电动汽车的发展慨况20世纪60年代和70年代，美国首先将燃料电池用于航天，作为航天飞机的主要电源。
此后，美国等西方各国将燃料电池的研究转向民用发电和作为汽车、潜艇等的动力源。
世界各著名汽车公司相继投入较多的人力和物力，开展燃料电池电动汽车的开发研究。
在北美，各大汽车公司加入了美国政府支持的国际燃料电池联盟，各公司分别承担相应的任务，生产以新的燃料电池作动力的汽车。
6-试题库—新能源汽车概论.docx
新能源汽车概论试题库答案仅供参考第1章新能源汽车基础知识（-）名称解释（每题2分，共10分）1.新能源汽车2.电动汽车3.纯电动汽车4.混合动力电动汽车5 .燃料电池电动汽车（二）填空题（每空1分，共40分）1.新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车，其中混合动力电动汽车又分为插电式混合动力电动汽车和非插电式混合动力电动汽车。
2.车辆识别代码由3部分组成，第1部分是世界制造厂识别代号（WMI）；第2部分是车辆说明部分（VDS—；第3部分是车辆指示部分。
/玲」。
3.小型新能源汽车牌照为渐变绿色,大型新能源汽车牌照为黄绿双拼色;中文字（汉字）、数字和字母颜色为黑色;牌照号码为—6_位数；纯电动的车型用 D , 非纯电动的车型用—o4.电动汽车质量参数主要包括整车整备质量、电动汽车总质量、电动汽车装载质量—和电池质量等。
5.纯电动汽车电能消耗量与整备质量和电池质量密切相关, 整备质量和电池质量越小,电能消耗量一越少。
6.电池基本参数有电压、电池容量、电池能量、能量密度、功率密度、电池放电倍率、荷电状态、寿命等。
7.新能源汽车的核心关键技术主要涉及动力电池技术、电驱动技术、智能网联技术和基础核心技术等。
8.到2025年，纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0kW • h/100km,插电式混合动力（含增程式）乘用车新车平均油耗降至2.0L/100km 。
9.电动汽车最高车速包括最高车速（1km）和30min最高车速。
10.在我国，非插电混合动力电动汽车属于节能汽车。
（三）选择题（可单选，也可多选，每题2分，共20分）1.不属于新能源汽车的是（C ）oA.纯电动汽车B.插电式混合动力汽车C.液化石油气汽车D.燃料电池电动汽车第4章燃料电池电动汽车认知（一）名称解释（每题2分，共10分）1.燃料电池2.燃料电池发电系统3.燃料电池堆4.固体氧化物燃料电池5.车载储氢系统（二）填空题（每空1分，共40分）1.按多电源的配置不同燃料电池电动汽车可分为________ 驱动的FCEV、燃料电池与辅助蓄电池联合驱动的FCEV、燃料电池与超级电容联合驱动的FCEV以及燃料电池与辅助动力源和超级电容联合驱动的FCEVo其中采用燃料电池与辅助动力源联合驱动的FCEV使用较为广泛。
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成燃料电池电动汽车动力系统由燃料电池发电机、变速箱、电动机驱动器、主动安全装置、电控系统和电池组组成。
燃料电池发电机是燃料电池电动汽车动力系统的核心，它可以根据汽车的动力需求，将氢气产生的电能转换成可以驱动汽车的电能。
变速箱是汽车变速系统的一部分，它可以根据汽车的驾驶状态进行调节，以确保有效利用电池发出的动力。
电动机驱动器是将燃料电池发电机实现汽车驱动的重要部件，它可以将电能转换成机械动力，从而使汽车发动机输出更大的动力。
主动安全装置负责确保汽车的行驶安全，它可以检测汽车油门位置，以及汽车转速和实时的行驶速度，以便及时调整汽车的动力输出，避免发生意外情况。
电控系统是汽车动力系统的重要部分，它可以根据驾驶者的操作，控制燃料电池的动力输出，以及汽车发动机的驱动方式，确保汽车行驶安全可靠。
电池组是汽车电源的重要部件，它可以储存最大限度的电能，并由电控系统控制充放电，以提供汽车持续的行驶动力。
燃料电池电动汽车运行安全和维护技术要求
燃料电池电动汽车运行安全和维护技术要求
燃料电池电动汽车的运行安全和维护技术要求有以下几点：
1. 短路和过充电保护：燃料电池电动汽车中的燃料电池系统需要有短路和过充电保护装置，以确保系统电压和电流处于安全范围内。
2. 氢气泄漏监测：燃料电池电动汽车需要具备氢气泄漏监测系统，能够及时检测到氢气泄漏情况，并采取相应措施避免事故发生。
3. 预防火灾：燃料电池电动汽车需要具备火灾预防系统，包括温度监测和自动灭火系统等，以防止燃料电池系统过热引发火灾。
4. 维修和保养培训：燃料电池电动汽车的维修和保养需要专门的技术培训，操作人员需要掌握相应的知识和技能，以保证车辆的正常运行和安全性。
5. 定期检查和维护：燃料电池电动汽车需要定期进行检查和维护，包括燃料电池系统的检查、氢气泄漏检测、电池性能测试等，以保证系统的正常运行和安全性。
6. 废弃物处理：燃料电池电动汽车的废弃物，尤其是燃料电池本身需要特殊的处理方法，以确保环境和人类健康的安全。
总之，燃料电池电动汽车的运行安全和维护技术要求较高，需
要有相应的安全保护和维修措施，以确保车辆的可靠性和安全性。
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。
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
燃料电池电动汽车
燃料电池+蓄电池十超级电容形式动力系统结构图
超级电容 燃料电池系统
蓄电池
驱动电动机
传动系
4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容 联合驱动的FCEV
这种结构的优点相比燃料电池+蓄电池的结 构形式的优点更加明显，尤其是在部件效率， 动态特性，制动能量回馈等方面。而其缺点也 一样更加明显： （1）增加了超级电容，系统质量将可能增加； （2）系统更加复杂化，系统控制和整体布置的
新能源汽车技术 第 3 页
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。
燃料电池系统
驱动电动机
传动系
新能源汽车技术 第 4 页
1．纯燃料电池驱动的FCEV
优点：
（1）结构简单，便于实现系统控制和整体布置； （2）系统部件少，有利于整车的轻量化； （3）较少的部件使得整体的能量传递效率高。 缺点： （1）燃料电池功率大、成本高； （2）对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了
很高的要求； （3）不能进行制动能量回收。
新能源汽车技术 第 5 页
2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
该结构为一典型的串联式混合动力结构。 在该动力系统结构中，燃料电池和蓄电池一 起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转 化成机械能传给传动系，从而驱动汽车前进； 在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电 池将储存回馈的能量。
5．整车布置
燃料电池汽车在整车布置上存在以下关键问 题：
➢ 燃料电池发动机及电机的相关布置 ➢ 动力电池组的车身布置、氢气瓶的安全布置 ➢ 高压电安全系统的车身布置问题。
这些核心部件的布置，不仅要考虑布置 方案的优化及零部件性能实现的便利，还要 求相关方案必须考虑传统汽车不具备的安全 性问题。
燃料电池电动汽车工作原理及发展趋势
44-CHINA ·January栏目编辑：桂江一********************控制单元和PTC加热器本体存在故障的可能，因此，接下来应重点检查冷却液循环系统。
查阅故障车型空调系统电路，根据图2所示PTC加热器电路和图4所示加热器冷却液泵电路可知，加热器和冷却液循环泵都是由空调控制模块进行控制的。
此时，笔者想起故障车空调控制模块中存储的故障码B064B 00。
虽然从字面上看，故障码B064B 00的含义是“涡轮增压旁通电磁阀电路故障”，但属于B类故障码，且出现在空调控制模块中，因此，怀疑诊断仪上显示的故障码含义有误。
而且一般情况下，汽车上的控制单元中很少会无缘无故存储故障码。
查询故障车型维修手册发现，故障码B046B的含义是“辅助加热器冷却液泵反馈电路故障”。
由此可见，诊断仪上显示的故障码B046B的含义确实有误，而且故障码B046B可能与该车故障直接相关。
根据故障车型空调系统工作原理可知，如果加热器冷却液泵不工作，则加热器就会停止工作，因此，根据故障码B046B的提示，应重点检查辅助加热器冷却液泵电路。
图4 故障车型加热器冷却液泵电路图3 故障车型无暖风诊断思路根据图4所示加热器冷却液泵电路图，检测冷却液泵插头端子电压，并将测量结果与同款正常车进行比对(表1)，发现故障车加热器冷却液泵反馈线(1号端子)的电压为0，而正常车在该处的电压为10.48V，显然不正常。
通过上述测量结果可以看出，故障车加热器冷却液泵的反馈线路存在断路故障，这与维修手册上关于故障码B046B的含义“辅助加热器冷却液泵反馈电路故障”一致。
根据反馈线路走向并结合车主反映的情况(该车曾因追尾事故更换过前保险杠)，对加热器冷却液泵的反馈线路进行检查，在前保险杠内右前方位置发现了破损的线束(图5)。
修复该处破损的线束后试车，该车故障被彻底排除。
图5 故障车前保险杠内破损的线束维修小结诊断结束后，再来复盘本案例发现，该车故障其实比较简单。
燃料电池汽车的关键技术
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。
燃料电池汽车PPT课件
2021
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（2）大气污染问题 /3/7
• 我国城市环境污染治理仍然严峻。２０ ０６年全国监测的５５９个城市中，空 气质量达到三级标准的城市占２８．５ ％、劣于三级标准的城市占９．１％。 全国共有39个城市的空气质量低于三级。 有数据表明，机动车排放越来越成为城 市的主要大气污染源。
CHENLI
8
6
2021
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汽车工业发展也面临二氧化碳排放的/3/巨7 大压力
世界石油平均价格（FOB）
欧美日汽车二氧化碳排放限值
CHENLI
•2009年9月胡锦涛 主席在联合国气候 变化峰会上承诺， 中国5年减排15亿吨 CO2。
•发达国家汽车行业 CO2排放量约占总排 放量25%左右。
•我国在售轿车百公 里油耗平均8.06升 ，相当汽车每公里 二氧化碳排放量为 161.2g。
程发动机相媲美。
燃料电池拥有其他动力系统没有的独特优点：产生电
能的过程不生产任何污染物，而且氢作为一种能源，尽管
是以水这样的化合物存在，但是取之不尽。这对于节约矿
物资源并减少二氧化碳排放十分重要。
将燃料电池作为辅助动力系统用于电动汽车，这就
是燃料电池电动汽车。CHENLI
9
2021
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/3/7
通用Sequel燃料电池车
1.42
2.25
70.0% 4.55
2005
2010F
2015F
2020F
我国未来石油进口依存度预测（单位：亿吨） CHENLI
• 车用汽柴油需求不断增大 ,石油供应安全面临严峻挑 战
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（1）能源问题
2021
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/3/7
十几二十年之后，我国汽车的普及率完全可能接 近发达国家的水平。如果按欧洲的一半，即每千 人300辆计算，总保有量就是4.5亿辆。