燃料电池汽车1

在驱动电机的旋向变换控制中，直流电机依靠接触器改变电枢或磁场的
电流方向，实现电机的旋向变换，这使得控制电路复杂、可靠性降低。当采
用交流异步电机驱动时，电机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，
可使控制电路简化。此外，采用交流电机及其变频调速控制技术，使电动汽
车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。
关键技术
燃料电池汽车的关键能源动力技术包括电池技术、电机技术、控制器技 术。电池技术、电机技术和控制器技术是电动汽车所特有的技术，这3项 技术也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。
电机技术
电动汽车驱动电机是所有电动汽车必不可少的关键部件。使用较多的有直流 有刷、永磁无刷、交流感应和开关磁阻4种电机。
燃料电池汽车
主讲人：anan
主要探究的内容
第一部分 汽车行业的发展以及新能源汽车的一些常识 1、简单介绍汽车的产生与发展 2、为什么要发展新能源汽车 3、研发新能源汽车的意义 4、什么叫新能源汽车呢？ 5、新能源汽车的分类及其各自的特点
第二部分 重点介绍燃料电池 1、燃料电池的工作原理 2、氢的制取途径 3、关进技术 4、重点讲述燃料电池（主要是PEMFC） 5、燃料电池汽车发展亟待解决的问题 6、国内外研究现状 7、发展前景
世界上第一辆蒸汽三轮车
3. 1872年，德国工程师和发明家，戴姆勒设计出了四冲程的发动机，因 此他被称为现代汽车工业先驱。
戴姆勒设计的四冲程发动机
3.世界上第一辆汽车是由德国人卡尔·本茨（1844～1929）于1885年 10月研制成功的，一举奠定了汽车设计基调，即使现在的汽车也跳不 出这个框框。他于1886年1月29日向德国专利局申请汽车发明的专利， 同年的11月2日专利局正式批准发布。因此，1886年1月29日被公认 为是世界汽车的诞生日，本茨的专利证书也成为了世界上第一张汽车 专利证书。因此，本茨被称为“现代汽车之父”。
关于燃料电池汽车
工作原理
燃料电池汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中， 与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生出电能来带动电动机工 作，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前桥（或 后桥）等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。
其核心部件燃料电池。通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧， 直接变成电能动力。
优点：
1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率， 发动机相对较小（downsize），此时处于油耗低、污染少的最优工况 下工作。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行 程和普通汽车一样。
2、因为有了电池， 可以十分方便地回收下坡时的动能。
3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。
为什么要发展新能源汽车
然选择。
--发展新能源汽车是当今世界的时代潮流和必
1.近年来，曾支撑20世纪人类文明高速发展的以石油、煤炭和天然气 为主的石化能源出现了前所未有的危机，除其储藏量不断减少.
2.汽车作为空气污染的最大贡献者，石化能源在使用后产生的二氧化 碳气体排放到大气中后，人为地导致了全球变暖，酸雨等环境问题。
为了减少对化石燃料的依赖，减少因为环境污染带来的一系列问
题，人类必须找一种新的能源去替代之前的常规燃料，新能源汽车的
研发成为了一个新的转折点。新能源汽车的开发有可能成为未来最重
要的经济增长引擎，成为最有创造就业和财富能力的新经济支柱。在
汽车发展史上有里程碑式的意义。
什么叫新能源汽车呢？
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常 规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱 动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽 车。
燃料电池电动汽车
燃料电池电动汽车(FCEV)是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用 下．在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽 车。燃料电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种，主要区别在于动 力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化 学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则 采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料， 氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。
优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。
缺点：氢燃料成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照技术条件来说 非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外 最致命的问题，氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一 来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上 降低二氧化碳排放。
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水污染。 3、降低了温室气体的排放。 4、燃油电池的转化效率高（60%左右），整车燃油经济性良好。 5、运行平稳、无噪声。
缺点：燃料电池成本高昂，同时使用成本（氢）也昂贵。
氢发动机汽车
氢发动机汽车是以氢发动机为动力源的汽车。一般发动机使用的燃料 是柴油或汽油，氢发动机使用的燃料是气体氢。氢发动机汽车是一种 真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染、零 排放、储量丰富等优势。
由正弦波驱动的无刷直流电机系统(PMSM) ，它们都具有较高的功率密度，
其控制方式与感应电机基本相同，其主要优点是效率可以比交流感应电机高6
个百分点，因此在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机
的研发热点。这类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响
应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。但价格较贵，
供的，价格昂贵而弥足珍贵，所以使用相对效率最高的永磁无刷电机是较为
合理的，它已被广泛应用于功率小于100kW 的现代电动汽车上。
控制器技术
控制器技术的变速和方向变换是靠电动机调速控制装置来完成的，其原理是 通过控制电动机的电压和电流来实现电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。 目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀改变电机的端电 压，控制电机的电流，来实现电机的无级调速。在电子电力技术的不断发展 中，它也逐渐被其他电力晶体管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT 等)斩波调 速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车 的调速控制转变为直流逆变技术的应用将成为必然的趋势。
3.冰川融化，海平面上升使好多岛屿和海拔较低的地区直接受到被淹 没的危机。
4.汽车尾气的排放严重危及人类的健康，导致癌症和呼吸道疾病增多。 尤其是少年儿童的健康受到影响。居世界卫生组织的一项调查表明， 在导致全球儿童死亡的原因中呼吸系统疾病位列首位。汽油柴油为动
力的汽车难逃罪责。
研发新能源汽车的意义
新能源汽车的分类：
纯电动汽车
混合动力汽车
燃料电池电动汽车
氢发动机汽车
纯电动汽车
纯电动汽车(BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它 利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动 机运转，从而推动汽车行驶。
优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。
二十一世纪以来，由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制 和直接转矩控制。矢量控制又有最大效率控制和无速度传感器矢量控 制，前者是使励磁电流随着电动机参数和负载条件的变化，从而使电 动机的损耗最小、效率最大；后者是利用电机电压、电流和电机参数 来估算出速度，不用速度传感器，从而达到简化系统、降低成本、提 高可靠性的目的。直接转矩控制克服了矢量控制中解耦的问题，把转 子磁通定向变换为定子磁通定向，通过控制定子磁链的幅值以及该矢 量相对于转子磁链的夹角，从而达到控制转矩的目的。由于直接转矩 的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非
4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇 到的难题。
5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。
6、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。
7、整车由于多个动力源，可同时工作，整车的动力性优良。
缺点：系统结构相对复杂；长距离高速行驶省油效果不明显
欧洲研制的电动汽车多采用这种电机。

开关磁阻电机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行，
控制灵活、4象限运行、响应速度快和成本较低等优点。但实际应用发现，
SRM存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以应用受到了
限制。
4种电机各有优缺点，但是对于电动汽车而言，由于电能是由各类电池提
永磁材料一般仅耐热12c=0I以下。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这
种电机。
交流感应电机也是较早用于电动汽车驱动的一种电机，它的调速控制技术 比较成熟，具有结构简单、体积小、质量小、成本低、运行可靠、转矩脉动 小、噪声低、转速极限高和不用位置传感器等优点，但因转速控制范围小、 转矩特性不理想，因此不适合频繁启动、频繁加减速的电动汽车。美国以及
燃料电池汽车和纯电动汽车的区别？
燃料电池汽车也可以算作电动汽车，但你可以在五分钟内给电池灌 满燃料，而不是等上几个小时来充满电。燃料电池汽车也是电动汽车， 只不过“电池”是氢氧混合燃料电池。和普通化学电池相比，燃料电 池可以补充燃料，通常是补充氢气。一些燃料电池能使用甲烷和汽油 作为燃料，但通常是限制在电厂和叉车等工业领域使用。
缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又 没形成经济规模，故购买价格较贵；至于使用成本，有些试用结果比 汽车贵，有些结果仅为汽车的1/7~1/3，这主要取决于电池的寿命及当 地的油、电价格。
混合动力汽车
混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)是指驱动系统由两个或 多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据 实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。因各 个组成部件、布置方式和控制策略的不同，混合动力汽车有多种形式。