燃料电池技术在电动汽车中的应用
电动汽车用氢燃料电池发展综述
２０１７．４Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．４收稿日期：２０１７－０１－１５作者简介：付甜甜（１９８９—），女，河北省人，学士，主要研究方向为电池情报。
６５１电动汽车用氢燃料电池发展综述付甜甜(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)摘要：氢燃料电池是一种将燃料（和氧化剂）的化学能连续地转化为电能的装置。
氢燃料电池以化学方式实现能量转换，不受热发动机卡诺循环的限制，具有较高的转换效率。
氢燃料电池在全球大范围环保发展下已成为最清洁环保的电动汽车用电池。
介绍了氢燃料电池的发展历程、工作原理、优缺点以及氢燃料电池电动汽车的应用实例，展望其发展前景。
关键词：氢燃料电池；电动汽车；转换效率中图分类号：ＴＭ９１１文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１７）０４－０６５１－０３Development of hydrogen fuel cell for electric vehicleFU Tian-tian(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin 300384,China)Abstract:Hydrogen fuel cell was a device that could convert the chemical energy of fuel and oxidant into electrical energy.The hydrogen fuel cell realized the energy conversion in a chemical way,which was not limited by the Kano cycle of the engine,and it had high conversion efficiency.Under the global environment,hydrogen fuel cell has become the most environmentally friendly battery for electric vehicles.The developing history,working principle,advantages and disadvantages of hydrogen fuel cell,the application and development prospect of hydrogen fuel cell for electric vehicle were introduced.Key words:hydrogen fuel cell;EV;conversion efficiency随着全球工业化进程不断加快，化石燃料消耗量日益增加，对环境造成的污染越来越严重，迫切需要寻找一种作为替代品的清洁燃料。
燃料电池的种类及应用
燃料电池的种类及应用燃料电池是一种将化学能转化为电能的技术，其工作原理是通过将氢气与氧气反应产生电子、阳离子和水，并产生电流来驱动外部设备。
燃料电池可以分为多种类型，每种类型都有着不同的特点和适用场景。
以下是一些常见的燃料电池种类及其应用：1. 质子交换膜燃料电池（PEMFC）：PEMFC 是目前最常见和最常用的燃料电池类型之一。
它由氢气和氧气在质子交换膜中反应生成水和电能。
这种燃料电池具有高效、响应速度快、启动时间短等优点，适用于小型移动设备、汽车、船舶和无人机等应用。
2. 高温聚合物电解质燃料电池（HT-PEMFC）：HT-PEMFC 操作温度较高，约为150-200摄氏度。
它通常使用高温聚合物作为电解质，这使得它具有更好的耐久性和氧化稳定性。
由于其高温操作条件，它可以直接从燃料中产生电，因此适用于汽车等需要高功率输出的应用。
3. 燃料电池电动汽车（FCEV）：燃料电池电动汽车是一种使用燃料电池作为能源的电动汽车。
它使用氢气作为燃料，通过与空气中的氧气反应来产生电能。
与传统的燃油汽车相比，燃料电池电动汽车具有零排放、零污染和长续航里程等优点。
4. 固体氧化物燃料电池（SOFC）：SOFC 是一种高效、长寿命的燃料电池，它可以直接将化学能转化为电能。
它使用固体氧化物作为电解质，通常在800-1000摄氏度的高温条件下运行。
SOFC 可以使用多种燃料，包括氢气、甲烷和生物质等，因此在工业应用中具有广泛的用途，如电力发电站、垃圾处理厂等。
5. 直接甲醇燃料电池（DMFC）：DMFC 通过将甲醇和氧气反应产生电能。
这种燃料电池不需要氢气供应，因此它更加便携和灵活。
DMFC 适用于小型移动设备，如笔记本电脑和移动电话等。
6. 氧化铝燃料电池（AFC）：AFC 通常使用碱性电解质和盐水作为电解质，氢气和氧气反应产生电能。
它具有低成本、高效率和长寿命等优点，但由于其在腐蚀性液体中的操作，因此应用范围较为有限。
燃料电池的应用现状和未来发展方向
燃料电池的应用现状和未来发展方向燃料电池（Fuel cell）被认为是一种革命性的能源转换技术，可以直接将燃料（通常为氢气）和氧气在没有燃烧的情况下，通过化学反应产生电能，并且只产生水和热作为副产品。
由于其高能量密度、环保清洁和高效能等优势，燃料电池被广泛研究和应用于各个领域，包括交通运输、家庭能源、航空航天和移动通信等。
本文将介绍燃料电池的应用现状以及未来的发展方向。
一、燃料电池的应用现状1. 交通运输领域燃料电池在交通运输领域的应用是其最为重要的领域之一。
目前，燃料电池汽车已经进入商业化阶段，且持续发展。
例如，丰田汽车的Mirai、日产汽车的e-NV200 FCV和本田汽车的Clarity等燃料电池汽车已经在市场上销售。
这些汽车通过燃料电池将氢气转化为电能，驱动电动机工作，实现了零排放和长续航里程的特点。
此外，燃料电池也被应用于公交车、货车和火车等公共交通工具中，以实现环保清洁的运输方式。
2. 家庭能源领域随着能源危机的日益严重和环境意识的增强，人们对于可持续能源的需求不断增加。
燃料电池被看作是一种有效的家庭能源解决方案。
家用燃料电池系统可以将天然气等燃料转化为电能供家庭使用，同时还能提供热能用于供暖和热水。
这种系统不仅能够减少对传统能源的依赖，还能降低碳排放和室内空气污染。
3. 航空航天领域燃料电池在航空航天领域的应用也引起了广泛关注。
相比传统的燃油动力系统，燃料电池可以提供更高的能量密度和更低的重量，从而提高飞机的性能和航程。
燃料电池在无人机、卫星和宇航器上的应用已取得了一定的成果，为航空航天技术和探索提供了新的突破。
4. 移动通信领域移动通信设备的使用急剧增加，对于高能量密度和长续航时间的需求也越来越大。
燃料电池被广泛探索作为移动通信设备的电源解决方案。
例如，燃料电池可以用于手机、平板电脑和笔记本电脑等便携式设备，以延长电池的使用时间和提高使用体验。
燃料电池技术的不断发展为移动通信领域带来了更大的潜力。
燃料电池电动汽车
什么是燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车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,并作为主要动力源驱动的汽车.燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，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。
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。
目前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。
主要结构有：能量控制单元，空气压缩机，燃料电池堆,高压储氢瓶，动力电池组，电动机。
高压储氢瓶提供燃料，动力电池组提供而外的功率，让车加速、爬坡和高速运行。
在车辆滑行时，能量控制单元将驱动电机变为发电机，从而将部分汽车动能变为电能给动力电池充电。
也就是说采用混合动力形式后，不仅可以采用功率较小的电池系统，还可以实现制动能回收。
还可以是燃料电池系统的运行工况相对比较稳定，有利提高燃料电池系统效率和寿命。
特点1）能量转化效率高。
燃料电池的能量转换效率可高达60～80％，为内燃机的2～3倍；2）零排放，不污染环境。
燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水；3)氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料.我国在燃料电池电动车领域的研究水平与发达国家相差无几，由清华大学和北京富源新技术开发总公司联合研制的我国第一辆质子交换膜燃料电池电动旅游观光车，展示了国内研制电动车的最新技术.有关专家指出,我国完全有能力在这一领域赶超世界先进水平.目前，所有领先的汽车制造厂都在积极开发燃料电池发动机技术，并且许多国家在燃料电池的研究方面取得了可喜的成绩.如今，燃料电池的功率密度已超过1.1kW/L。
新能源技术在汽车行业中的应用前景
新能源技术在汽车行业中的应用前景 随着社会的发展和技术不断进步，汽车工业作为现代工业的重要组成部分，也不断向着更加清洁、环保的方向发展。新能源技术，在汽车行业中的应用前景越来越受到业内人士的关注。本文将分析新能源技术在汽车行业中的应用前景，从多个方面探讨它的未来发展趋势。
一、新能源技术的定义和分类 新能源技术是指能够替代传统石油能源的技术，包括风力、水力、太阳能、生物质能、核能等。其中，汽车行业广泛应用的新能源技术主要有纯电动、插电式混合动力和燃料电池等。纯电动指的是纯电动汽车，使用电池储存电能，电机驱动轮毂；插电式混合动力指的是可以通过充电重复使用的电动汽车，它同时还搭载传统的内燃机发动机；燃料电池指的是以氢气为燃料，通过氧化产生电能的电动汽车。
二、新能源汽车的优势 与传统汽车相比，新能源汽车具有以下优势： （1）环保：新能源汽车不会排放影响大气环境和人体健康的有害气体，如二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等；
（2）高效节能：新能源汽车能够更有效地利用能源，节约能源消耗；同时也能够减少对石油的依赖，降低燃油价格的影响；
（3）安全性更高：新能源汽车的驱动方式所导致的噪音和振动都比较小，车辆行驶平稳，同时它们的车身结构和动力系统也比燃油汽车更加坚固、可靠。
（4）健康：新能源汽车的使用可以减少对驾驶员和乘客健康造成的影响，特别对过敏体质群体来说，更是一种重要的选择；
（5）政策支持：国家政府对于新能源汽车的发展给予了强有力的政策支持，补贴力度也非常大，而且环保要求的逐年提高，这也为新能源汽车的普及创造了更好的环境和前景。
三、新能源汽车的推广发展 在新能源汽车的推广发展方面，需要从以下几个方面入手： （1）先导技术的研究：车用电池技术、氢化物材料、燃料电池耐久性和堵塞对策的技术开发与研究，通过先导技术的不断改进，提高新能源汽车的稳定性和可靠性。
（2）逐步完善技术配套设施：在保证高速道路畅通的前提下，逐步加强电动汽车充电桩和氢能加气站的建设，切实提高新能源汽车的使用体验。
电动汽车的动力系统和电池技术
电动汽车的动力系统和电池技术随着全球环境变化和政府节能减排政策的逐渐加强，电动汽车逐渐成为了当今社会推动绿色交通的重要手段。
电动汽车相比传统汽车，具有清洁、零排放、安全、安静、较低的运行成本等优势，因此备受消费者的青睐。
本文将从动力系统和电池技术两个方面对电动汽车进行介绍。
一、电动汽车的动力系统电动汽车的动力系统主要包括三种：纯电动、插电式混合动力和燃料电池混合动力。
纯电动汽车只依靠电池驱动电机，不依赖于其他能源；插电式混合动力辅以发动机发电，延长了行驶距离；燃料电池混合动力则利用氢气来驱动电动机。
动力系统中最关键的部分是电机和电控系统。
电机控制系统需要负责电机的启动、停止、转速控制和扭矩控制等。
常见的电机种类包括永磁同步电机、异步电机等。
其中永磁同步电机具有高效、高速、高扭矩、轻量化等特点，被广泛应用于电动车辆中。
另外，电池是电动汽车动力系统不可或缺的部分。
电动汽车需要用电池来储存能量，供电机在车辆行驶中提供动力。
在电动汽车中，常见的电池种类包括传统铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。
锂离子电池是当今最常用的电动车电池，具有能量密度大、重量轻、寿命长、自放电小等优点。
二、电动汽车的电池技术电池技术是电动汽车发展的关键技术之一。
以下介绍几种常见的电池技术。
1.镍氢电池技术镍氢电池由镍氢负极和氢化物正极组成，具有能量密度高、长寿命等优点，是电动汽车的常用电池。
然而，镍氢电池的较大缺点是重量大、体积大，充电速度慢，因此限制了其在电动汽车中的应用。
2.锂离子电池技术锂离子电池具有体积小、重量轻、能量密度高、自放电率低等特点，当前是电动汽车的主流电池技术。
锂离子电池分为单体电池和组合电池，通常采用多个单体电池串联或并联来组成电动汽车的电池组。
3.超级电容器技术超级电容器是介于电池和电容器之间的产品，具有超长的寿命、超快的充电速度和良好的低温性能。
在电动汽车领域，超级电容器常用于辅助动力系统，可在起步加速时提供可靠的短时高功率输出。
燃料电池电动汽车原理
燃料电池电动汽车原理
燃料电池电动汽车是一种利用燃料电池作为能量源的汽车。
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，其原理是利用氢气和氧气的反应来产生电能。
具体来说，燃料电池电动汽车的原理如下：
1. 氢气供应：燃料电池电动汽车使用氢气作为燃料。
氢气可以从氢气储存罐中储存，并通过供氢系统供应给燃料电池。
2. 氧气供应：燃料电池电动汽车从空气中获取氧气，一般通过空气滤清器和进气道进入系统中。
氧气与氢气在燃料电池中进行反应。
3. 化学反应：燃料电池中的阳极和阴极之间存在电解质层，其中阳极通常为氢气供应电极，阴极则是氧气供应电极。
在电解质层内，氢气从阳极通过一系列化学反应转化为电子和正电离子，这些正电离子会穿过电解质层到达阴极。
4. 电子流动：电子流经过外部电路以供电。
这些电子在电路中形成电流，是燃料电池电动汽车工作的主要能量来源。
5. 氧化还原反应：正电离子与到达阴极的氧气发生氧化还原反应，产生水。
这是一个放出能量的过程，并产生一定的热量。
6. 电能输出：通过电流控制器将电能输出给电动机，从而驱动汽车行驶。
电能的输出可以控制来调节汽车的速度。
总之，燃料电池电动汽车利用燃料电池将氢气和氧气反应产生电能，从而驱动电动机进行汽车的行驶。
与传统燃料发动机相比，燃料电池电动汽车具有零排放、高能量转化效率等优点，是一种环保且高效的交通工具。
汽车新能源技术应用方案
1 绪论目前，各国能源消费依然严重依赖石油，而石油储量有限的事实向全球经济发展提出了严峻的挑战。
自 2022 年起，中国取代日本成为仅次于美国的世界第二大新车消费市场。
中国能源问题已经成为国民经济发展的战略问题，并成为中国能源安全战略的核心内容。
汽车能源消耗不仅是造成全球石油短缺的主要原因，也是环境污染和全球温室气体排放的重要原因。
目前有 80％以上的一氧化碳、 40％以上的氮氧化物以及 20％~30％的城市颗粒污染物，均来自于机动车尾气的排放。
环境污染的问题越来越引起我国的重视，实现交通能源动力系统转型、发展新能源汽车将是未来汽车行业发展的主要方向[1]。
欧、美、日各国把发展新能源汽车作为解决目前能源短缺的重要途径，但在不同时期的新能源汽车技术路径是不同的。
总的来看，新能源汽车发展趋势可归纳为：能源逐渐由化石燃料向可再生、低排放甚至零排放的能源形式过渡是基本趋势，电能、生物燃料和氢能将是汽车能源的最终解决方案。
但在电能、生物燃料和氢能最终替代化石燃料前，汽车能源呈现多元化局面。
新能源汽车技术将浮现多种技术共存的的局面，先进汽油车、先进柴油车、混合动力汽车、纯电动汽车、天燃气汽车、醇类燃料汽车、燃料电池汽车都将占据一定的市场份额。
但是由于目前汽车新能源汽车技术繁多，每一个国家在新能源汽车领域发展方向有所不同。
本课题以此为出发点，着重分析目前新能源汽车技术优缺点，并最终得出电动汽车将是未来发展趋势。
然而, 电动汽车由于目前在蓄电池技术上存在着续航能力不足，充电时间过长等问题。
通过分析本课题最终提出解决这一问题的主要方案就是加快充电站的建设，并且充电站建设将是以更换电池为主，整车充电为辅的运营模式。
电动汽车是以电力作为能源，由电动机驱动的汽车。
在外型上电动汽车与传统的汽车并无显著区别，它们的主要区别在于动力源和驱动系统。
目前电动汽车的种类主要包括：纯电动汽车、混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车三类。
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燃料电池技术在电动汽车中的应用随着全球能源危机日益严重，节能减排的需求越来越迫切。
电动汽车作为一种新型的清洁能源汽车，不断受到越来越多人的关注。
在电动汽车技术的发展中，燃料电池技术作为一种先进的能源技术，被广泛应用在电动汽车领域，成为了自然界清洁能源的重要代表。
今天，本文将从燃料电池技术的原理、类型、应用场景以及发展现状四个方面，深入探讨燃料电池技术在电动汽车中的应用。
燃料电池技术的原理
燃料电池（Fuel Cell）是一种能够将氢气和氧气通过电化学反应转换成电能和热能的设备。
这种技术构成的电池具有高效、清洁、环保的特点。
其能够不断地产生电能，因为本身不会被消耗直到电解质损坏。
燃料电池技术的类型
燃料电池技术有许多不同的类型，其中最常见的两种是聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。
聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）是一种可鞏固的电池，这种电池的工作原理基本上可以将其看作是一种通过氢气和氧气直接进行反应的设备：电池中的两端都密封有聚合物电解质膜，其中一个电极通过碳质铂催化剂将氢气分子离解为质子和电子；另一个电极通过催化剂将空气中的氧分子吸附在表面，如此反应即可释放出电子，由电子流入外部回路产生电流，质子通过电解质膜，通过另一个极连接的气阀膨胀至外部，与氧反应，可产生纯净的水。
固体氧化物燃料电池（SOFC）的工作方式类似于PEMFC，但其反应物的温度更高，这种氧化物电解质膜的燃料电池主要利用高温下的二氧化碳与水与氫，并产电和热能，CO2的高温时的电子转移效率是H2O的5倍以上，但是对于其他离子银通道等的耐受性很差。
它通常被用在站比较少流量的电力供应系统（包括家庭）。
燃料电池技术的应用场景
燃料电池技术在电动汽车领域的应用主要有交通运输、公共汽车、电动汽车和无人驾驶汽车。
燃料电池在这些车辆中被用作主
要能量源之一，以供电车运行。
与其他传统动力驱动电动汽车的区别是，燃料电池的动力更为
高效、更为清洁，具有更好的环境友好型和更长的运行距离。
与
传统电池动力相比，燃料电池的能量更为分散，因此更具有安全性。
而与传统汽油动力相比，燃料电池的空气排放更为环境友好，维护成本更低。
燃料电池技术的发展现状
目前，燃料电池技术已经广泛应用于交通运输、电力供应、军
事等领域，不仅使得全球能源问题得到了极大的缓解，也推动了
转型发展的步伐。
但实际上，燃料电池技术目前还存在许多不足的地方，主要体
现在技术成本高、氢气的储存、输送和加注成本和时间等方面。
目前，燃料电池汽车的生命周期成本比传统的内燃机和纯电动汽
车要高。
同时，需要建立完善的供应链来支持氢气生产、输送和
加注。
结语
燃料电池技术在电动汽车中的应用，开创了电动汽车发展的新时代。
目前，燃料电池技术已经逐渐成熟，但在应用中仍需解决一些技术问题。
我们相信，随着科技的不断进步和技术的不断改善，燃料电池技术将会有越来越广阔的应用前景，为全球的能源问题和环境保护做出更多的贡献。