燃料电池电动汽车的基本组成和结构课件
1、燃料电池介绍
燃料电池（Fuel Cell）是一种将持续供给的燃料和氧 化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。 车用两种：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
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。
其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极 室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交换 膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应：
现代电动汽车技术
第四章
燃料电池车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
主要内容 •概述 •燃料电池车的结构 •燃料电池车的关键问题
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
一、概述
2002 年1 月9 日， 美国能源部宣布新的汽车研究 项目，FreedomCAR项目，长期目标是实现高效、价廉、 无污染：研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作 动力，不产生任何污染。该项目继续对电动汽车进行专 项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。
瓶压力15MPa)
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
Chinese National FCB Demonstration 超过8000km 的道路行驶试验
2004年5月27日在 天安门广场展示
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
整车造型与色彩设计
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
整车性能指标
性能指标
试验结果
阳极： 阴极： 电池总反应：
H2 2H2e
H2 12O2 H2O 1 2O22H2eH2O
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
质子交换膜燃料电池的反应原理
阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达 阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。生成的 水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极 室排出。
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池的优势：
（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制， 理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。 （2）清洁无污染。 （3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额 定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功 率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额 定功率的效率，可达50～55％。燃料电池的效率随输出功率 变化的特性比内燃机更适合于汽车的实际运行。 （4）过载能力强，燃料电池的短时过载能力可达200％的额 定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。 （5）设计方便性 （6）低噪音
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池的不足： 1、压缩氢气存储空间问题。
2、存储的安全性及系统效率。 3、氢燃料的供给设施
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
甲醇经过重整, 重整产物为氢气、碳氧化物。 甲醇在重整器中发生的反应如下：
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2、燃料电池控制策略
功能： 1）电动机的输出功率始终满足功率要求； 2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围； 3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2、燃料电池控制策略
1）停顿模式
燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供 给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。
车轮
燃料电 池系统
电子接 口设备
辅助电源
功率控制 单元
方向盘
峰值电源 能源子系统
温度控制单 元
辅助子系统
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
1、燃料电池车工作原理
急剧加速状态下，对应于峰值功率指令，燃料电池 系统与峰值电源两者都向电动机驱动装置供给牵引 功率； 在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分 制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中； 当负载功率小于燃料电池系统的额度功率时，峰值 电源也能从燃料电池系统补充、恢复其能量。
最高车速（km/h)
Байду номын сангаас
86.4
最大爬坡度（％）
18
0→50km/h加速时间(s)
30.90
一次加氢(40km/h匀速) 续驶里程(km)
氢消耗量（kg/100km)
568.7
(按35MPa计算）
4.848
等效油耗（汽油L/100km)
18.3
加速车外噪声（dB(A)） 燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2）制动模式
燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电 源依据制动系统运行特性吸收再生制动能 量。
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2、燃料电池控制策略
3）牵引模式 A. 若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混
合牵引模式。燃料电池系统运行在其额定功率状态，而剩余 的功率的功率需求由峰值电源供应。 B. 若电动机输入功率小于燃料电池系统预设的最小功率，且峰 值电源需要充电，则燃料电池系统以额定功率运行，一部分 功率用于驱动系，另一部分功率用于峰值电源。弱峰值电源 不需要充电，则燃料电池系统运行于空载状态，由峰值电源 单独驱动车辆。 C. 若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电 池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单 独驱动车辆。若峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额度 功率运行，其一部分功率用于驱动车辆，另一部分功率用于 向峰值电源充电。
76.3
汽车爬坡试验
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
Performances
Motor power： 24kW (60 kW)
FCE power： 30 kW
Battery ：
50AH
Max speed： 110 km/h
Grade ability ： > 20％
2、燃料电池车示例
燃料电池大客车
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
Fuel Cell Bus of Daimler-Chrysler
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池城市客车设计参数
外形尺寸 (mm):11,0702,4903,420 满载总质量 (kg)：15,000 载客数（人）：50 最高车速 (km/h)：70 最大爬坡度：≥15% 加速性能 (050km/h)：30s 续驶里程 (km)：≥ 200 (40km/h匀速，储氢
Acceleration： 15.9s
Range ：
220 km
Efficient： 0.98 kg/100km
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
二、燃料电池车结构
1、燃料电池车工作原理
制动 踏板
加速踏板
电动机驱动子系统
车辆控制器
电动机 控制器
电机
车轮 机械传动装置
燃料电池（Fuel Cell）是一种将持续供给的燃料和氧 化剂中的化学能连续不断的转化成电能的化学装置。 车用两种：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
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。
其具体反应步骤为：经增湿后的H2和O2分别进入阳极 室和阴极室，经电极扩散层扩散到达催化层和质子交换 膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应：
现代电动汽车技术
第四章
燃料电池车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
主要内容 •概述 •燃料电池车的结构 •燃料电池车的关键问题
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
一、概述
2002 年1 月9 日， 美国能源部宣布新的汽车研究 项目，FreedomCAR项目，长期目标是实现高效、价廉、 无污染：研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作 动力，不产生任何污染。该项目继续对电动汽车进行专 项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。
瓶压力15MPa)
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
Chinese National FCB Demonstration 超过8000km 的道路行驶试验
2004年5月27日在 天安门广场展示
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
整车造型与色彩设计
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
整车性能指标
性能指标
试验结果
阳极： 阴极： 电池总反应：
H2 2H2e
H2 12O2 H2O 1 2O22H2eH2O
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
质子交换膜燃料电池的反应原理
阳极反应生成的质子（H+）通过质子交换膜传导到达 阴极，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极。生成的 水以水蒸汽或冷凝水的形式由过剩的阴极反应气体从阴极 室排出。
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池的优势：
（1）效率高，燃料电池的化学反应不受卡诺循环的限制， 理论上能量效率可接近80％，实际效率已达50～70%。 （2）清洁无污染。 （3）效率随输出功率变化的特性好，燃料电池的效率在额 定功率附近可达60％，部分功率下运行时效率会高于额定功 率下的效率，可达约70%，过载功率下运行时效率略低于额 定功率的效率，可达50～55％。燃料电池的效率随输出功率 变化的特性比内燃机更适合于汽车的实际运行。 （4）过载能力强，燃料电池的短时过载能力可达200％的额 定功率，更适合于汽车的加速、爬坡等工况。 （5）设计方便性 （6）低噪音
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池的不足： 1、压缩氢气存储空间问题。
2、存储的安全性及系统效率。 3、氢燃料的供给设施
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
甲醇经过重整, 重整产物为氢气、碳氧化物。 甲醇在重整器中发生的反应如下：
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2、燃料电池控制策略
功能： 1）电动机的输出功率始终满足功率要求； 2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围； 3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2、燃料电池控制策略
1）停顿模式
燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供 给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。
车轮
燃料电 池系统
电子接 口设备
辅助电源
功率控制 单元
方向盘
峰值电源 能源子系统
温度控制单 元
辅助子系统
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
1、燃料电池车工作原理
急剧加速状态下，对应于峰值功率指令，燃料电池 系统与峰值电源两者都向电动机驱动装置供给牵引 功率； 在制动状态下，电动机运行于发电机状态，将部分 制动能量变换为电能，并储存在峰值电源中； 当负载功率小于燃料电池系统的额度功率时，峰值 电源也能从燃料电池系统补充、恢复其能量。
最高车速（km/h)
Байду номын сангаас
86.4
最大爬坡度（％）
18
0→50km/h加速时间(s)
30.90
一次加氢(40km/h匀速) 续驶里程(km)
氢消耗量（kg/100km)
568.7
(按35MPa计算）
4.848
等效油耗（汽油L/100km)
18.3
加速车外噪声（dB(A)） 燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2）制动模式
燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电 源依据制动系统运行特性吸收再生制动能 量。
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
2、燃料电池控制策略
3）牵引模式 A. 若电动机输入功率大于燃料电池系统的额定功率，则应用混
合牵引模式。燃料电池系统运行在其额定功率状态，而剩余 的功率的功率需求由峰值电源供应。 B. 若电动机输入功率小于燃料电池系统预设的最小功率，且峰 值电源需要充电，则燃料电池系统以额定功率运行，一部分 功率用于驱动系，另一部分功率用于峰值电源。弱峰值电源 不需要充电，则燃料电池系统运行于空载状态，由峰值电源 单独驱动车辆。 C. 若负载功率大于燃料电池锁预设的最小功率，并小于燃料电 池的额度功率，同时峰值电源不需要充电，则由燃料电池单 独驱动车辆。若峰值电源需要充电，则燃料电池系统以额度 功率运行，其一部分功率用于驱动车辆，另一部分功率用于 向峰值电源充电。
76.3
汽车爬坡试验
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
Performances
Motor power： 24kW (60 kW)
FCE power： 30 kW
Battery ：
50AH
Max speed： 110 km/h
Grade ability ： > 20％
2、燃料电池车示例
燃料电池大客车
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
Fuel Cell Bus of Daimler-Chrysler
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池城市客车设计参数
外形尺寸 (mm):11,0702,4903,420 满载总质量 (kg)：15,000 载客数（人）：50 最高车速 (km/h)：70 最大爬坡度：≥15% 加速性能 (050km/h)：30s 续驶里程 (km)：≥ 200 (40km/h匀速，储氢
Acceleration： 15.9s
Range ：
220 km
Efficient： 0.98 kg/100km
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
燃料电池电动汽车的基本组成和结构
二、燃料电池车结构
1、燃料电池车工作原理
制动 踏板
加速踏板
电动机驱动子系统
车辆控制器
电动机 控制器
电机
车轮 机械传动装置
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燃料电池电动汽车的基本组成和结构课件
燃料电池电动汽 车的基本组成和 结构课件
目录
• 燃料电池电动汽车概述 • 燃料电池电动汽车的基本组成 • 燃料电池电动汽车的结构特点 • 燃料电池电动汽车的性能评价与
测试
01
燃料电池电动汽车概述
燃料电池电动汽车的定义
动力源
燃料电池电动汽车使用燃料电池 作为动力源，燃料电池通过氢气 和氧气的化学反应产生电能。
燃料电池的能量转换效率较高，能 够提供持续稳定的动力输出。
燃料电池电动汽车的发展现状
01
02
03
产业规模逐渐壮大
随着环保意识的提高和政 策的扶持，燃料电池电动 汽车产业规模不断扩大， 产业链逐渐完善。
技术不断突破
各大汽车厂商和科研机构 在燃料电池技术方面不断 取得突破，提高了燃料电 池的性能和降低成本。
供氢系统
氢气供应
• 供氢系统是燃料电池电动汽车的氢气供应部分，负责储存和提供燃料电池所需 的氢气。它通常由高压氢气罐、氢气调压阀、氢气输送管道等组成。
供氢系统
安全稳定供应
• 供氢系统需要确保氢气的安全稳定供应。高压氢气罐储存了大量的氢气，通过氢气调压阀调节压力 ，将氢气稳定地输送到燃料电池系统中。同时，供氢系统还需具备安全阀、泄漏检测等安全装置， 确保氢气的使用安全可靠。
实际案例分析与应用前景展望
实际案例分析
以某款燃料电池电动汽车为例，对其进行性能评价和 测试。首先，根据性能指标进行评价，包括续航里程 、燃料经济性和动力性能等。然后，在标准的测试条 件下进行试验，记录相关数据并进行分析，以验证性 能指标是否符合设计要求。
应用前景展望
随着环保意识的增强和新能源汽车政策的推动，燃料电 池电动汽车在未来具有广阔的应用前景。通过不断完善 燃料电池技术和提高车辆性能，燃料电池电动汽车有望 在续航里程、燃料经济性和动力性能等方面实现更大的 突破，满足消费者日益增长的出行需求。同时，政府、 企业和研究机构应加大投入，推动燃料电池电动汽车产 业链的协同发展，降低生产成本，提高车辆的普及率和 市场竞争力。
目录
• 燃料电池电动汽车概述 • 燃料电池电动汽车的基本组成 • 燃料电池电动汽车的结构特点 • 燃料电池电动汽车的性能评价与
测试
01
燃料电池电动汽车概述
燃料电池电动汽车的定义
动力源
燃料电池电动汽车使用燃料电池 作为动力源，燃料电池通过氢气 和氧气的化学反应产生电能。
燃料电池的能量转换效率较高，能 够提供持续稳定的动力输出。
燃料电池电动汽车的发展现状
01
02
03
产业规模逐渐壮大
随着环保意识的提高和政 策的扶持，燃料电池电动 汽车产业规模不断扩大， 产业链逐渐完善。
技术不断突破
各大汽车厂商和科研机构 在燃料电池技术方面不断 取得突破，提高了燃料电 池的性能和降低成本。
供氢系统
氢气供应
• 供氢系统是燃料电池电动汽车的氢气供应部分，负责储存和提供燃料电池所需 的氢气。它通常由高压氢气罐、氢气调压阀、氢气输送管道等组成。
供氢系统
安全稳定供应
• 供氢系统需要确保氢气的安全稳定供应。高压氢气罐储存了大量的氢气，通过氢气调压阀调节压力 ，将氢气稳定地输送到燃料电池系统中。同时，供氢系统还需具备安全阀、泄漏检测等安全装置， 确保氢气的使用安全可靠。
实际案例分析与应用前景展望
实际案例分析
以某款燃料电池电动汽车为例，对其进行性能评价和 测试。首先，根据性能指标进行评价，包括续航里程 、燃料经济性和动力性能等。然后，在标准的测试条 件下进行试验，记录相关数据并进行分析，以验证性 能指标是否符合设计要求。
应用前景展望
随着环保意识的增强和新能源汽车政策的推动，燃料电 池电动汽车在未来具有广阔的应用前景。通过不断完善 燃料电池技术和提高车辆性能，燃料电池电动汽车有望 在续航里程、燃料经济性和动力性能等方面实现更大的 突破，满足消费者日益增长的出行需求。同时，政府、 企业和研究机构应加大投入，推动燃料电池电动汽车产 业链的协同发展，降低生产成本，提高车辆的普及率和 市场竞争力。
5. 燃料电池电动汽车资料
二、燃料电池电动汽车基本结构
燃料电池电动汽车动力系统的布置如图６-４ 所示。
第一节 概述
１. 直接燃料电池电动汽车
典型的直接燃料电池电动汽车动力系统的基本构成如图６-５ 所示。
第一节 概述
１)燃料电池系统 燃料电池系统的核心是燃料电池堆，此外，还配备了氢气供给系统、氧气供给系统、
气体加湿系统、水循环及反应物生成处理系统等，用以确保燃料电池堆正常工作。
３. 含氢工业尾气回收氢
从合成氨、炼油厂等大型工业排放气中可以回收氢。
４. 可再生资源制氢技术
可再生资源制氢技术主要包括生物质制氢、太阳能光解制氢、城市固体废物气化制氢 等技术。
５. 车载制氢技术
可用于车载制氢的燃料可以是醇类(甲醇、乙醇、二甲醚等)、烃类(、柴油、甲烷、液 化石油气ＬＰＧ 等)，其他类型的物质也可以作为制氢原料，如金属或金属氢化物等。
５. 氢安全标准和规范
有关燃料电池电动汽车氢安全的研究工作必须引起研究人员的重视，以适应氢燃料电 池电动汽车研究和推广应用不断发展的迫切需求。
第五节 燃料电池电动汽车的主要系统设计
(１)氢气的储存方式有低温、高温液化氢，高压气态氢气和储氢合合储存的氢气。
(２)氧气供应系统的泵、管道、阀门和控制装置等，也需要与氢气储存装置具有相同的密 封性能。 氧气供应系统府能实现自动控制。
(３)产出物管理系统中主要是对水、热量的管理，水采用循环系统管理，热量用于预热和 暖气。 ( ４)电气系统包括动力ＤＣ/ ＤＣ 转换器、逆变器和各种控制开关等。
第三节 燃料电池电动汽车供氢系统
三、氢分离纯化技术
提取纯氢气主要有三种方法，即深冷分离法、变压吸附法(ＰＳＡ)和膜分离法。 表６-２ 比较了这三种分离方法的技术特点及应用范围。
燃料电池电动汽车动力系统的布置如图６-４ 所示。
第一节 概述
１. 直接燃料电池电动汽车
典型的直接燃料电池电动汽车动力系统的基本构成如图６-５ 所示。
第一节 概述
１)燃料电池系统 燃料电池系统的核心是燃料电池堆，此外，还配备了氢气供给系统、氧气供给系统、
气体加湿系统、水循环及反应物生成处理系统等，用以确保燃料电池堆正常工作。
３. 含氢工业尾气回收氢
从合成氨、炼油厂等大型工业排放气中可以回收氢。
４. 可再生资源制氢技术
可再生资源制氢技术主要包括生物质制氢、太阳能光解制氢、城市固体废物气化制氢 等技术。
５. 车载制氢技术
可用于车载制氢的燃料可以是醇类(甲醇、乙醇、二甲醚等)、烃类(、柴油、甲烷、液 化石油气ＬＰＧ 等)，其他类型的物质也可以作为制氢原料，如金属或金属氢化物等。
５. 氢安全标准和规范
有关燃料电池电动汽车氢安全的研究工作必须引起研究人员的重视，以适应氢燃料电 池电动汽车研究和推广应用不断发展的迫切需求。
第五节 燃料电池电动汽车的主要系统设计
(１)氢气的储存方式有低温、高温液化氢，高压气态氢气和储氢合合储存的氢气。
(２)氧气供应系统的泵、管道、阀门和控制装置等，也需要与氢气储存装置具有相同的密 封性能。 氧气供应系统府能实现自动控制。
(３)产出物管理系统中主要是对水、热量的管理，水采用循环系统管理，热量用于预热和 暖气。 ( ４)电气系统包括动力ＤＣ/ ＤＣ 转换器、逆变器和各种控制开关等。
第三节 燃料电池电动汽车供氢系统
三、氢分离纯化技术
提取纯氢气主要有三种方法，即深冷分离法、变压吸附法(ＰＳＡ)和膜分离法。 表６-２ 比较了这三种分离方法的技术特点及应用范围。
新能源汽车第4章燃料电池电动汽车认知课件
2024/7/25
4.2.1 燃料电池发电系统
➢ 燃料电池发电系统是用燃料电池模块通过电化学过程 将反应物（燃料和氧化剂）的化学能转化为电能（直 流或交流电）和热能的系统，主要由燃料电池模块、 氢燃料供应与处理系统、氧化剂处理系统、增湿系统 、通风系统、水管理系统、热管理系统、功率调节系 统及自动控制系统等组成。
2024/7/25
4.2 燃料电池
➢ 燃料电池（FC）是一种化学电池，它直接把物质发生化学反 应时释放出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给活 物质（起反应的物质）——燃料和氧化剂。由于它是把燃料通 过化学反应释放出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池
➢ 根据燃料电池中使用电解质种类的不同，可分为质子交换膜燃 料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池 （PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃 料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等。
➢ （5）低噪声。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他运动部件，因此与内燃机汽车 相比，运行过程中噪声和震动都较小。
➢ （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置。
2024/7/25
力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十几倍。 ➢ （3）性能可靠，可用非贵金属作催化剂。 ➢ （4）是燃料电池中生产成本最低的一种电池。 ➢ （5）是技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航
天飞机提供动力和饮用水。用于交通工具，具有一定的发展和 应用前景。 ➢ （6）使用具有腐蚀性的液态电解质，具有一定的危险性和容 易造成环境污染。
4.2.1 燃料电池发电系统
4.2.1 燃料电池发电系统
➢ 燃料电池发电系统是用燃料电池模块通过电化学过程 将反应物（燃料和氧化剂）的化学能转化为电能（直 流或交流电）和热能的系统，主要由燃料电池模块、 氢燃料供应与处理系统、氧化剂处理系统、增湿系统 、通风系统、水管理系统、热管理系统、功率调节系 统及自动控制系统等组成。
2024/7/25
4.2 燃料电池
➢ 燃料电池（FC）是一种化学电池，它直接把物质发生化学反 应时释放出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给活 物质（起反应的物质）——燃料和氧化剂。由于它是把燃料通 过化学反应释放出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池
➢ 根据燃料电池中使用电解质种类的不同，可分为质子交换膜燃 料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池 （PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃 料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等。
➢ （5）低噪声。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他运动部件，因此与内燃机汽车 相比，运行过程中噪声和震动都较小。
➢ （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置。
2024/7/25
力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低十几倍。 ➢ （3）性能可靠，可用非贵金属作催化剂。 ➢ （4）是燃料电池中生产成本最低的一种电池。 ➢ （5）是技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括航
天飞机提供动力和饮用水。用于交通工具，具有一定的发展和 应用前景。 ➢ （6）使用具有腐蚀性的液态电解质，具有一定的危险性和容 易造成环境污染。
4.2.1 燃料电池发电系统
第四章 燃料电池电动汽车
图4-1 燃料电池电动汽车基本结构图
4.1.2 燃料电池汽车结构
知识点
燃料电池电动汽车的工作原理
• 高压储氢罐中的氢气和空气中的 氧气在汽车搭载的燃料电池中发 生氧化还原反应，产生出电能， 确定电机工作，驱动电机产生的 机械能经传动机构传给驱动轮， 驱动汽车行驶。
图4-1 燃料电池电动汽车基本结构图
料电池电动汽车和)吸附氢燃料电池电动 汽车。
4.1.3 燃料电池电动汽车分类
知识点
3. 按动力系统驱动形式分类 • 纯燃料电池驱动 (PFC)、 • 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动 (FC+B) • 燃料电池与超级电容联合驱动 (FC+C) • 燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱
动 (FC+B+C)
知识点
1. 额定电压 2. 额定电流 3. 额定功率 4. 电流密度 5. 功率密度 6. 寿命 7. 效率 8. 成本
4.2.1 燃料电池性能指标
知识点
4.2.1 燃料电池特点
① 效率高 ② 噪声低 ③ 占地面积小、建造时间短 ④ 污染小 ⑤ 所用燃料广泛 ⑥ 用途广
Logo
4.2.3 燃料电池的分类
4.2.3 燃料电池的分类
知识点
• 熔融碳酸盐燃料电池工作原理
➢ 氧化剂中的O2和CO2在阴极与电子 进行氧化反应产生CO32-，电解质 板中的CO32-直接从阴极移动到阳 极，燃料气中的H2与CO32-在阳极 发生反应，生成了CO2、H2O和电 子。
4.1.3 燃料电池电动汽车分类
知识点
1. 按燃料特点分类 • 直接燃料电池电动汽车 • 重整燃料电池电动汽车 • 直接燃料电池电动汽车的燃料主要是氢
气； • 重整燃料电池电动汽车的燃料主要有汽
4.1.2 燃料电池汽车结构
知识点
燃料电池电动汽车的工作原理
• 高压储氢罐中的氢气和空气中的 氧气在汽车搭载的燃料电池中发 生氧化还原反应，产生出电能， 确定电机工作，驱动电机产生的 机械能经传动机构传给驱动轮， 驱动汽车行驶。
图4-1 燃料电池电动汽车基本结构图
料电池电动汽车和)吸附氢燃料电池电动 汽车。
4.1.3 燃料电池电动汽车分类
知识点
3. 按动力系统驱动形式分类 • 纯燃料电池驱动 (PFC)、 • 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动 (FC+B) • 燃料电池与超级电容联合驱动 (FC+C) • 燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱
动 (FC+B+C)
知识点
1. 额定电压 2. 额定电流 3. 额定功率 4. 电流密度 5. 功率密度 6. 寿命 7. 效率 8. 成本
4.2.1 燃料电池性能指标
知识点
4.2.1 燃料电池特点
① 效率高 ② 噪声低 ③ 占地面积小、建造时间短 ④ 污染小 ⑤ 所用燃料广泛 ⑥ 用途广
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4.2.3 燃料电池的分类
4.2.3 燃料电池的分类
知识点
• 熔融碳酸盐燃料电池工作原理
➢ 氧化剂中的O2和CO2在阴极与电子 进行氧化反应产生CO32-，电解质 板中的CO32-直接从阴极移动到阳 极，燃料气中的H2与CO32-在阳极 发生反应，生成了CO2、H2O和电 子。
4.1.3 燃料电池电动汽车分类
知识点
1. 按燃料特点分类 • 直接燃料电池电动汽车 • 重整燃料电池电动汽车 • 直接燃料电池电动汽车的燃料主要是氢
气； • 重整燃料电池电动汽车的燃料主要有汽
第6章 燃料电池电动汽车PPT课件
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HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6.1 概述
6.1.1 燃料电池电动汽车的类型 FCEV按主要燃料种类可分为
（1）以纯氢气为燃料的FCEV； （2）经过重整后产生的氢气为燃料的FCEV。
2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
缺点： （1）蓄电池的使用使得整车的质量增加，动力性和经
济型受到影响，这一点在能量复合型混合动力汽车 上表现更为明显； （2）蓄电池充放电过程会有能量损耗； （3）系统变得复杂，系统控制和整体布置难度增加。
新能源汽车技术 第 9 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3．燃料电池与超级电容联合驱动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。
新能源汽车技术 第 10 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容 联合驱动的FCEV
燃料电池与蓄电池和超级电容联合驱动的电动 汽车的动力系统结构也为串联式混合动力结构。
燃料电池、蓄电池和超级电容一起为驱动电机 提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动 系，驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电机变成 发电机，蓄电池和超级电容将储存回馈的能量。
新能源汽车技术 第 11 页
燃料电池+蓄电池十Байду номын сангаас级电容形式动力系统结构图
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HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6.1 概述
6.1.1 燃料电池电动汽车的类型 FCEV按主要燃料种类可分为
（1）以纯氢气为燃料的FCEV； （2）经过重整后产生的氢气为燃料的FCEV。
2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
缺点： （1）蓄电池的使用使得整车的质量增加，动力性和经
济型受到影响，这一点在能量复合型混合动力汽车 上表现更为明显； （2）蓄电池充放电过程会有能量损耗； （3）系统变得复杂，系统控制和整体布置难度增加。
新能源汽车技术 第 9 页
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3．燃料电池与超级电容联合驱动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。
新能源汽车技术 第 10 页
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4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容 联合驱动的FCEV
燃料电池与蓄电池和超级电容联合驱动的电动 汽车的动力系统结构也为串联式混合动力结构。
燃料电池、蓄电池和超级电容一起为驱动电机 提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动 系，驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电机变成 发电机，蓄电池和超级电容将储存回馈的能量。
新能源汽车技术 第 11 页
燃料电池+蓄电池十Байду номын сангаас级电容形式动力系统结构图
燃料电池电动汽车的基本组成和结构讲述课件
基础设施问题
加氢站等基础设施的建设目前还相对滞后，无法满足大规模推广燃料电池电动汽车的需求 。如何快速、有效地建设氢能供应基础设施是燃料电池电动汽车发展面临的又一挑战。
THANKS
感谢观看
市场前景
随着环保意识的增强和新能源汽车市 场的不断扩大，燃料电池电动汽车有 望在未来成为重要的交通出行方式。
燃料电池电动汽车的基本组
02
成
燃料电池系统
燃料电池堆
发生电化学反应产生电流的核心部件。
氧化剂供应系统
将氧气（通常来自空气）输送到燃料电池 堆的部件。
燃料供应系统
将氢气从储存装置输送到燃料电池堆的部 件。
面临的挑战
成本问题
目前，燃料电池的生产成本以及燃料电池电动汽车的售价都相对较高，限制了其大规模推 广。如何降低生产成本和售价是燃料电池电动汽车普及面临的重要挑战。
技术问题
虽然燃料电池技术已经取得了显著进步，但在性能、寿命和安全性等方面仍存在诸多挑战 。需要进一步提高燃料电池的性能和稳定性，以满足汽车行驶的需求。
燃料电池电动汽车的发展现状
技术进步
随着燃料电池技术的不断发展，燃料 电池电动汽车的性能和成本效益逐渐 提升，为大规模商业化应用奠定了基
础。
产业合作
汽车制造商、能源公司、科研机构等 多方合作，共同推动燃料电池电动汽
车技术的进步和应用拓展。
政府支持
各国政府纷纷出台政策扶持燃料电池 电动汽车产业发展，推动基础设施建 设和技术研发。
车身结构
轻量化设计
燃料电池电动汽车的车身结构通常采用轻量化材料，如 高强度钢、铝合金和碳纤维等，以降低整车质量，提高 能源利用效率。
空间布局
由于燃料电池系统的特殊性质，车身结构需要为燃料电 池堆、储氢罐等关键部件提供合适的空间和保护，确保 安全性和稳定性。
加氢站等基础设施的建设目前还相对滞后，无法满足大规模推广燃料电池电动汽车的需求 。如何快速、有效地建设氢能供应基础设施是燃料电池电动汽车发展面临的又一挑战。
THANKS
感谢观看
市场前景
随着环保意识的增强和新能源汽车市 场的不断扩大，燃料电池电动汽车有 望在未来成为重要的交通出行方式。
燃料电池电动汽车的基本组
02
成
燃料电池系统
燃料电池堆
发生电化学反应产生电流的核心部件。
氧化剂供应系统
将氧气（通常来自空气）输送到燃料电池 堆的部件。
燃料供应系统
将氢气从储存装置输送到燃料电池堆的部 件。
面临的挑战
成本问题
目前，燃料电池的生产成本以及燃料电池电动汽车的售价都相对较高，限制了其大规模推 广。如何降低生产成本和售价是燃料电池电动汽车普及面临的重要挑战。
技术问题
虽然燃料电池技术已经取得了显著进步，但在性能、寿命和安全性等方面仍存在诸多挑战 。需要进一步提高燃料电池的性能和稳定性，以满足汽车行驶的需求。
燃料电池电动汽车的发展现状
技术进步
随着燃料电池技术的不断发展，燃料 电池电动汽车的性能和成本效益逐渐 提升，为大规模商业化应用奠定了基
础。
产业合作
汽车制造商、能源公司、科研机构等 多方合作，共同推动燃料电池电动汽
车技术的进步和应用拓展。
政府支持
各国政府纷纷出台政策扶持燃料电池 电动汽车产业发展，推动基础设施建 设和技术研发。
车身结构
轻量化设计
燃料电池电动汽车的车身结构通常采用轻量化材料，如 高强度钢、铝合金和碳纤维等，以降低整车质量，提高 能源利用效率。
空间布局
由于燃料电池系统的特殊性质，车身结构需要为燃料电 池堆、储氢罐等关键部件提供合适的空间和保护，确保 安全性和稳定性。
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。
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的反应机理是将燃料中的化学能不经过燃烧直接转化为电能，即通过电化学反应将化学能转化为电能，实际上就是电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能。
燃料电池的反应不经过热机过程，因此其能量转换效率不受卡诺循环的限制，能量转化效率高;它的排放主要是水非常清洁，不产生任何有害物质。
因此，燃料电池技术的研究和开发备受各国政府与大公司的重视，被认为是21世纪的洁净、高效的发电技术之一。
燃料电池电动汽车的主要结构纯燃料电池车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率附和都有燃料电池承担。
燃料电池汽车多采用混合驱动形式，在燃料电池的基础上，增加了一组电池或超级电容作为另一个动力源。
燃料电池的基本组成有：电极、电解质、燃料和氧化剂。
燃料可以是氢气(H2)、甲烷(CH4)、甲醇(CH3OH)等，氧化剂一般是氧气或空气，电解质可为酸碱溶液(H2SO4、H3PO4、NaOH等)、熔融盐(NaCO3、K2CO3)、固体聚合物、固体氧化物等。
与普通电池不同的是，只要能保证燃料和氧化剂的供给，燃料电池就可以连续不断地产生电能。
燃料电池电动汽车的组成部分1、燃料电池发动机(FCE)：主要由燃料电池堆、进气系统、排水系统、供氢系统、冷却系统、电堆控制单元和监控系统组成。
此为主要动力源。
2、动力蓄电池组：辅助动力源。
3、电流变换器：交直流变换。
4、动力总成：传递动力、换档。
5、氢气系统：提供氢气。
6、动力控制单元：动力控制、故障诊断。
燃料电池电动汽车除了在车身、控制器及驱动系统等方面面临着与电动汽车相同的问题之外，在其储能动力源——燃料电池方面还有较多问题急需解决，氢燃料电池在氢燃料制取、储存及携带等方面以及非氢燃料电池的重整系统的效率、体积、质量大小及反应速度等方面的技术还需进一步提高。
燃料电池电动汽车的结构与原理
燃料电池电动汽车的结构与原理
一 燃料电池电动汽车的结构
燃料电池电动汽车的结构与原理
3.根据电解质类型分类
燃料电 池系统
DC/DC 转换器
辅助动 力源
动力控 制单元
储能单 元
电动机
燃料电池电动汽车的结构与原理
1 燃料电池系统
(1)增压式燃料电池系统 (2)常压式燃料电池系统
燃料电池电动汽车的结构与原理
3 DC/DC转换器
燃料电池汽车采用的动力源有以下特性：燃料电池提供 的是直流电，不能用外电源充电，电流是单向流动的；辅助 动力源在充电和放电时，也以直流电的形式流动，但电流可 以可逆性流动。
燃料电池电动汽车的结构与原理
4 动力控制单元
燃料电池汽车的动力控制单元包括燃料电池系统控制、 DC/DC转换器控制、辅助动力源控制和电动机控制。燃料 电池系统控制就是控制燃料电池的燃料／氧化剂供给与循环 系统、水热管理系统，使燃料电池处于正常状态，能持续向 外供电。
燃料电池电动汽车的结构与原理
（1） 直接燃料式燃料电池汽车
燃料电池电动汽车的结构与原理
（1） 直接燃料式燃料电池汽车
燃料电池电动汽车的结构与原理
（1）直接燃料式燃料电池汽车
燃料电池电动汽车的结构与原理
（1） 直接燃料式燃料电池汽车
燃料电池电动汽车的结构与原理
（1） 直接燃料式燃料电池汽车
燃料电池电动汽车的结构与原理
燃料电池电动汽车的结构与原理
5 储能单元
燃料电池汽车的储能单元主要分为高压储氢瓶、液态储 氢瓶和金属储氢装置；当采用车载重整供氢时，储能单元为 向重整装置提供燃料的甲醇或汽油燃料箱。
燃料电池电动汽车的结构与原理
6 电动机
新能源汽车ppt教学课件完整版
洗牌阶段
市场竞争加剧导致部分实力较弱的企业被 淘汰出局，优势企业逐渐凸显，市场份额
向头部企业集中。
快速发展阶段
随着技术进步和政策扶持力度加大，越来 越多企业涌入新能源汽车市场，产品种类 不断丰富，市场竞争日益激烈。
成熟阶段
市场进入成熟阶段后，竞争格局趋于稳定， 企业之间的竞争转向品牌、技术、服务等 方面。
能源安全
减少石油依赖，提高国家能源安全。
环境保护
产业升级
推动汽车产业向智能化、电动化、网 联化方向发展。
降低汽车尾气排放，改善空气质量。
地方政府推广举措
推广应用
在城市公交、出租车、共享汽车 等领域推广新能源汽车。
充电设施建设
加快充电基础设施建设，提高充电 便利性。
宣传引导
开展新能源汽车知识普及和宣传活 动，提高公众认知度。
场快速发展。
技术创新期待
消费者对新能源汽车技术创新、 性能提升、续航里程等方面有更 高期待，对智能驾驶、车联网等
智能化技术关注度持续提高。
多元化需求
消费者对新能源汽车类型、品牌、 价格等需求呈现多元化趋势，对 个性化定制和差异化服务的需求
也日益明显。
竞争格局演变过程
初期阶段
新能源汽车市场初期以政策驱动为主，少 数企业率先进入市场，竞争格局尚未形成。
功能模块
车联网平台包括数据采集与处理模块、远程监控与诊断模块、智能导航与出行服务模块、车 载娱乐与信息服务模块等。
在新能源汽车中的应用案例
例如，通过车联网平台实现远程监控和诊断，及时发现和解决新能源汽车故障问题；提供智 能导航和出行服务，为新能源汽车用户提供更加便捷的出行体验。
信息安全防护措施
01
02
市场竞争加剧导致部分实力较弱的企业被 淘汰出局，优势企业逐渐凸显，市场份额
向头部企业集中。
快速发展阶段
随着技术进步和政策扶持力度加大，越来 越多企业涌入新能源汽车市场，产品种类 不断丰富，市场竞争日益激烈。
成熟阶段
市场进入成熟阶段后，竞争格局趋于稳定， 企业之间的竞争转向品牌、技术、服务等 方面。
能源安全
减少石油依赖，提高国家能源安全。
环境保护
产业升级
推动汽车产业向智能化、电动化、网 联化方向发展。
降低汽车尾气排放，改善空气质量。
地方政府推广举措
推广应用
在城市公交、出租车、共享汽车 等领域推广新能源汽车。
充电设施建设
加快充电基础设施建设，提高充电 便利性。
宣传引导
开展新能源汽车知识普及和宣传活 动，提高公众认知度。
场快速发展。
技术创新期待
消费者对新能源汽车技术创新、 性能提升、续航里程等方面有更 高期待，对智能驾驶、车联网等
智能化技术关注度持续提高。
多元化需求
消费者对新能源汽车类型、品牌、 价格等需求呈现多元化趋势，对 个性化定制和差异化服务的需求
也日益明显。
竞争格局演变过程
初期阶段
新能源汽车市场初期以政策驱动为主，少 数企业率先进入市场，竞争格局尚未形成。
功能模块
车联网平台包括数据采集与处理模块、远程监控与诊断模块、智能导航与出行服务模块、车 载娱乐与信息服务模块等。
在新能源汽车中的应用案例
例如，通过车联网平台实现远程监控和诊断，及时发现和解决新能源汽车故障问题；提供智 能导航和出行服务，为新能源汽车用户提供更加便捷的出行体验。
信息安全防护措施
01
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