燃料电池汽车51761学习教案.pptx

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1、会计学1燃料电池燃料电池(rn lio din ch)汽车汽车51761第一页，共48页。主要主要(zhyo)探究的内容探究的内容n n第一部分 汽车行业的发展以及新能源汽车的一些常识n n1、简单介绍汽车的产生(chnshng)与发展n n2、为什么要发展新能源汽车n n3、研发新能源汽车的意义n n4、什么叫新能源汽车呢？n n5、新能源汽车的分类及其各自的特点第1页/共48页第二页，共48页。n n第二部分 重点介绍燃料电池n n1、燃料电池的工作原理n n2、氢的制取途径(tjng)n n3、关进技术n n4、重点讲述燃料电池（主要是PEMFC）n n5、燃料电池汽车发展亟待解决的问题

2、n n6、国内外研究现状n n7、发展前景第2页/共48页第三页，共48页。汽车汽车(qch)的诞生与发展的诞生与发展n n1.1769年，瓦特与博尔顿合作，n n发明了装有冷凝器的蒸汽机。n n1774年11月，他俩又合作制n n造了真正意义的蒸汽机。蒸n n汽机曾推动了机械工业甚至n n社会的发展(fzhn)，并为汽轮机和n n内燃机的发展(fzhn)奠定了基础。第3页/共48页第四页，共48页。n n2 2，17691769年，法国人年，法国人NJNJ居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车。这辆汽车被命名为居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车。这辆汽车被命名为“卡卡布奥雷布奥雷”，

3、车长，车长 7.32m 7.32m，车高，车高 2.2m 2.2m，车架上放置着一个像梨一样的大锅炉，前轮直径，车架上放置着一个像梨一样的大锅炉，前轮直径 1.28 1.28米米 ，后轮直径后轮直径 1.50 1.50米米 ，前进时靠前轮控制方向，每前进，前进时靠前轮控制方向，每前进121215min15min需停车加热需停车加热15min15min，运行速度，运行速度3.53.5 3.9km/h 3.9km/h。17711771年造出第二部车，没有真正跑过，现置于法国巴黎国家艺术馆展出。尽管居纽的年造出第二部车，没有真正跑过，现置于法国巴黎国家艺术馆展出。尽管居纽的这项发明失败这项发明失败(

4、shbi)(shbi)了，但却是古代交通运输（以人、畜或帆为动力）与近代交通运输（动了，但却是古代交通运输（以人、畜或帆为动力）与近代交通运输（动力机械驱动）的分水岭，具有划时代的意义。力机械驱动）的分水岭，具有划时代的意义。n n世界上第一辆蒸汽三轮车世界上第一辆蒸汽三轮车第4页/共48页第五页，共48页。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(gngy)先驱。戴姆勒设计的四冲程发动机第5页/共48页第六页，共48页。n n3.世界上第一辆汽车是由德国人卡尔本茨（18441929）于1885年10月研制成功的，一举(yj)奠定了汽车设计基调

5、，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”。n n本茨和他的汽车第6页/共48页第七页，共48页。现代现代现代现代(xindi)(xindi)汽车行业的发展：汽车行业的发展：汽车行业的发展：汽车行业的发展：n n 经过一百多年的发展，汽车行业也迎来了它蓬勃发展的几十年。截止到2014年中国汽车保有量达到1.54亿辆，而同期世界范围内汽车拥有量差不多为12亿量。形成了以：通用 福特

6、 戴姆勒-克莱斯勒 丰田 大众 本田 日产 标致-雪铁龙 菲亚特 宝马 等为龙头各个品牌汽车蓬勃发展的局面。国产汽车中：比亚迪、吉利、奇瑞等通过科技创新(chungxn)也在一步步缩小着与世界发达国家之间的距离。第7页/共48页第八页，共48页。为什么要发展新能源汽为什么要发展新能源汽车车(qch)-发展新能源汽车发展新能源汽车(qch)是当今世界的时是当今世界的时代潮流和必然选择。代潮流和必然选择。n n1.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.n n2.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

7、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(wnt)。n n3.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。n n4.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。第8页/共48页第九页，共48页。研发新能源汽车研发新能源汽车(qch)的意义的意义n n 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(rnli)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。

8、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。第9页/共48页第十页，共48页。什么什么(shn me)叫新能源汽车呢叫新能源汽车呢？n n 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(q dn)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。n n新能源汽车的分类：n n纯电动汽车 n n混合动力汽车 n n 燃料电池电动汽车n n 氢发动机汽车第10页/共48页第十一页，共48页。纯电动汽车纯电动汽车n n纯电动汽车(BEV

9、)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(tu dng)汽车行驶。n n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。n n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1/71/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。第11页/共48页第十二页，共48页。混合混合(hnh)动力汽车动力汽车n n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

10、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。n n优点：n n1、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(yuy)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。n n2、因为有了电池，可以十分方便地回收下坡时的动能。第12页/共48页第十三页，共48页。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空

11、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(fz)；长距离高速行驶省油效果不明显第13页/共48页第十四页，共48页。燃料电池燃料电池(rn lio din ch)电动电动汽车汽车n n燃料(rnlio)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(rnlio)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(rnlio)电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种，主要区别在于

12、动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料(rnlio)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(rnlio)电池电动汽车多是直接采用氢燃料(rnlio)，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。第14页/共48页第十五页，共48页。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(zoshng)。缺点：燃料电池成本高昂，同时使用成本（氢）也昂贵。第15页/

13、共48页第十六页，共48页。氢发动机汽车氢发动机汽车(qch)n n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。n n优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。n n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(fichng)困难，因为氢分子非常(fichng)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

14、低二氧化碳排放。第16页/共48页第十七页，共48页。燃料电池燃料电池(rn lio din ch)汽车汽车和纯电动汽车的区别？和纯电动汽车的区别？n n 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(j)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。第17页/共48页第十八页，共48页。关于关于(guny)燃料电池汽车燃料电池汽车n n工作原理n n燃料电池汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭

15、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(qinjn)。n n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。第18页/共48页第十九页，共48页。氢燃料氢燃料(rnlio)的制取途径的制取途径n n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（甲烷(ji wn)、汽油等）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

16、用的要求。n n储氢罐一般放置于底盘的中部,或后排座椅的下方空间(传统内燃机轿车的油箱位置),将氢气罐分散存储第19页/共48页第二十页，共48页。关键技术关键技术燃料电池(rn lio din ch)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。第20页/共48页第二十一页，共48页。电机电机(dinj)技术技术n n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

17、刷、永磁无刷、交流感应和开关磁阻应和开关磁阻4 4种电机。种电机。n n直流有刷电机：结构简单，技术成熟，具有交流电机所不可比拟的优良电磁转矩控制特性，所以直直流有刷电机：结构简单，技术成熟，具有交流电机所不可比拟的优良电磁转矩控制特性，所以直到到2020世纪世纪8080年代年代(nindi)(nindi)中期，仍是国内外电动汽车用电机的主要研发对象。但是，由于直流电机价中期，仍是国内外电动汽车用电机的主要研发对象。但是，由于直流电机价格高，体积和质量大，因此在电动汽车上的应用受到了限制。格高，体积和质量大，因此在电动汽车上的应用受到了限制。n n永磁无刷电机：可以分为由方波驱动的无刷直流电机

18、系统永磁无刷电机：可以分为由方波驱动的无刷直流电机系统(BLD CM)(BLD CM)和由正弦波驱动的无刷直流和由正弦波驱动的无刷直流电机系统电机系统(PMSM)(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，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可以比交流感应电机高6 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研发热点

19、。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，永磁材料一般仅耐热的驱动系统，有极好的应用前景。但价格较贵，永磁材料一般仅耐热12c=0I12c=0I以下。目前，由日本研制的以下。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机。电动汽车主要采用这种电机。第21页/共48页第二十二页，共48页。n n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、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、

20、转速极限高和不用位置传感器等优点，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、转矩特性但因转速控制范围小、转矩特性(txng)(txng)不理想，因此不适合频繁启动、频繁加减速的电动汽车。美不理想，因此不适合频繁启动、频繁加减速的电动汽车。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电机。国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电机。n n开关磁阻电机开关磁阻电机(SRM)(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、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 4象限运行、象限运行、响应速度快和成本较低等

21、优点。但实际应用发现，响应速度快和成本较低等优点。但实际应用发现，SRMSRM存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以应用受到了限制。等缺点，所以应用受到了限制。n n4 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供的，价格昂贵而弥足珍种电机各有优缺点，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 100kW 的现代的现代电动汽车上。电动汽

22、车上。第22页/共48页第二十三页，共48页。控制器技术控制器技术(jsh)n n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

23、的不断发展(fzh(fzh n)n)中，它也逐渐被其中，它也逐渐被其他电力晶体管他电力晶体管(如如GTOGTO、MOSFETMOSFET、BTRBTR及及IGBT IGBT 等等)斩波调速装置所取代。从技术的发展斩波调速装置所取代。从技术的发展(fzh(fzh n)n)来看，伴随来看，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。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。n n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，在驱动电机的旋向变换控制中，直流电机依靠接触器改

24、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。加方便，控制电路更加简单。第23页/共48页第二十四页，共48页。n n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

25、。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，因此非常适合电动汽车的控制。n n随着电机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统

26、、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用(yngyng)于电动汽车的电机控制系统。它们的应用(yngyng)将使系统结构简单，响应迅速，抗干扰能力强，参数变化具有鲁棒性，可大大提高整个系统的综合性能。第24页/共48页第二十五页，共48页。电池电池(dinch)技术技术n n电池性能指标：电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展(fzhn)的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。第25页/共48页第二十六页，

27、共48页。n n比能量(E)：（单位质量或体积所蕴含的能量）n n能量密度(Ed):（单位体积所具有的能量）n n比功率(gngl)(P):（发动机最大净功率(gngl)/汽车总质量）、第26页/共48页第二十七页，共48页。电池电池(dinch)的发展历程的发展历程n n第1代是铅酸电池，目前主要(zhyo)是阀控铅酸电池(VRLA)，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。n n第2代是碱性电池，主要(zhyo)有镍镉、镍氢、钠硫、锂离子和锂聚合物等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比

28、铅酸电池高。n n第3代是以燃料电池为主的电池，燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池。一些关键技术还有待突破。燃料电池大致分为5类：碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）n n熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）第27页/共48页第二十八页，共48页。质子交换质子交换(jiohun)膜的燃料电膜的燃料电池池(PEMFC)n n广泛应用于电动汽车的燃料电池是一种称为质子交换膜的燃料电池(PEMFC)，它以纯氢为燃料，以

29、空气(kngq)为氧化剂，不经历热机过程，不受热力循环限制，化学能直接转化为电能，实际效率达60%-80%。能量的转换效率高，是普通内燃机热效率的23倍。同时，它还具有噪音低、无污染、寿命长、启动迅速、比功率大和输出功率可随时调整等特性，使得PEMFC非常适合用作交通工具的动力源。第28页/共48页第二十九页，共48页。燃料电池的技术燃料电池的技术(jsh)原理原理n n燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极(zhngj)即氧化剂电极)以及电解质组成。n n不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池

30、的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池。第29页/共48页第三十页，共48页。氢氢-氧燃料电池氧燃料电池(rn lio din ch)反应原理电子式反应原理电子式n n氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程(guchng)。n n电极应为：负极：H2+2OH-2H2O+2e-n n正极：1/2O2+H2O+2e-2OH-n n电池反应：H2+1/2O2=H2O第30页

31、/共48页第三十一页，共48页。n n另外(ln wi)，只有燃料电池本体还不能工作，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。n n燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极（阳极）和空气极（阴极）、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气（氧化剂气体）能在流路中通过。第31页/共48页第三十二页，共48页。燃料电池反应的具体燃料电池反应的具体(jt)流程流程n n在燃料极中，供给的燃料气体中

32、的H2分解成H+和e-，H+移动到电解质中与空气极侧供给的O2发生反应。e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，参与空气极侧的反应。一系例的反应促成了e-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。并且从上式中的反应式可以看出，由H2和O2生成(shn chn)的H2O，除此以外没有其他的反应，H2所具有的化学能转变成了电能。但实际上，伴随着电极的反应存在一定的电阻，会引起了部分热能产生，由此减少了转换成电能的比例。引起这些反应的一组电池称为组件，产生的电压通常低于一伏。因此，为了获得大的出力需采用组件多层迭加的办法获得高电压堆。组件间的电气连接以及燃料气体和空气之间的分离，采用了称之为隔板的、

33、上下两面中备有气体流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料组成。堆的出力由总的电压和电流的乘积决定，电流与电池中的反应面积成比。第32页/共48页第三十三页，共48页。氢的获取氢的获取(huq)与储存与储存n n由于燃料电池反应的原料为氢，所以氢气的获取和储存(chcn)成为了我们研究的热门话题。n n氢的来源可以是压缩氢或液态氢，它被直接装在车内的高压瓶中或其他吸附介质中；也可以通过氢气发生器由汽油乙醇或天然气等，在车上经过加热与水放映直接制取（这时候会产生一些二氧化碳）。用户可以在加油站或者加氢站直接添加燃料。n n1.氢的储存(chcn)介质：汽车使用的氢能以气态形式在高达30m

34、pa的压力下于罐中储存(chcn)和运输，或在-253摄氏度的低温罐中以液态储存(chcn)和运输。在小功率应用中，氢储存(chcn)于金属氢化物中或者存储于经特殊处理的碳化物中。无论是液态或者气态，都必须注意到首先要消耗很大一部门能量去压缩或液化氢气。而且氢储存(chcn)介质的能量密度要低于普通燃料油箱。第33页/共48页第三十四页，共48页。n n甲醇的催化：CH3OH是由天然气制成的（为什么要制成甲醇），其效率约为65%。与氢相比，它的优点是像传统燃料那样制成液态。由于甲醇的腐蚀性比汽油和柴油更强，不能用现有的燃油箱去储存。利用250摄氏度到450摄氏度的水蒸气加温可在催化剂的作用下把

35、甲醇分解为H2、CO2和CO.在进一步转化过程中CO和水反应生成H2和CO2。残留的CO必须经过气体(qt)净化器中除去，因为CO对燃料电池的电极极为有害。n n汽油的催化：汽油的优点是它的密度能量高，分布广泛。使用方便。但是汽油经转化为H2比CH3OH更困难。汽油在800到900摄氏度的高温下才能和水部分氧化成为H2 CO2和CO。同样的问题残留的CO对电池有害。而且汽油催化需要一个复杂的高温过程，而整个过程中产生的结焦对催化剂起到抑制作用，将产生不良影响。第34页/共48页第三十五页，共48页。燃料电池汽车燃料电池汽车(qch)发展亟待发展亟待解决的问题解决的问题n n1、燃料电池成本问题

36、。n n论及原理，燃料电池汽车的工作其实挺简单：氢气和氧气经过质子交换膜发生化学反应，产生水的同时也发了电。得到的电量驱使汽车行驶。但是一个反应片只能产生不足1V的电压，所以必须用多个反应片串联成为一个反应堆。像通用公司的Hy-Wire燃料电池采用了200个反应片，FCX采用了400个，都是串联的形式。目前燃料电池贵的原因是，如果这几百个反映片中有一个坏了，整个电池就完全(wnqun)无法使用了。质子交换膜表面镀有贵金属催化剂，如，Pt.贵金属成本居高不下，仅燃料电池反应堆的成本就在2000-5000美元/kw左右，也就是说，要制造一个功率为100KW的氢燃料电池组，就要20-50万美元。第3

37、5页/共48页第三十六页，共48页。n n2、氢的储存问题。n n目前，研究燃料电池汽车的各公司都已经不约而同的采用了储气罐的形式来存放氢气。但这并不是意见容易工科的技术，因为氢气是具有爆炸力的活性气体。n n刚开始的研究者并不是这么做的。各国的汽车厂商在开发燃料电池汽车的过程中，都曾试制过载有“改制器”的“改质型车”。所谓改制器就是利用甲醇或汽油来制造电池所需要的燃料氢气的装置。其初衷是为了减少携带氢气而存在的危险。但从结果上来看甲醇（汽油）改质的汽车启动时间太长，甲醇需要加热到200摄氏度，汽油甚至达到800度。影响了性能发挥。并且会产生较多的CO2，不能算环保。最后大家殊途同归选择了储氢

38、罐。n n目前，加氢站的普及还需时日。安全(nqun)的保存氢气也是一问题。现在各个研究机构主要从箱体的压强材料方面入手解决这个问题第36页/共48页第三十七页，共48页。n n3、燃料电池的效率和寿命问题n n在用燃料电池做汽车动力时，从氢的储存器到车轮的效率大约降到30%。这些损失是有燃料电池的监控和运行所要求的辅助系统（如空压机、冷却剂泵、风扇冷却器、控制装置和必要的气体交换）造成的。除了燃料电池本身的效率还要考虑电驱动装置的效率。n n目前还不能预计PEMEC燃料电池在汽车上的动态运行条件下的使用寿命。由于在所有的使用中都涉及催化剂，随着时间的推移，燃料电池会遇到其电极上催化作用减弱的

39、情况，其结果是燃料电池的电压和效率下降，称之为退降。但可以设想(shxing)，经过长期努力，燃料电池驱动的使用寿命将会与内燃机接近。第37页/共48页第三十八页，共48页。对燃料电池的环保对燃料电池的环保(hunbo)评评价价n n对燃料电池在环境保护方面的实际评价，目前还只能停留在图样上。在排放方面，不仅要考虑汽车在对燃料电池在环境保护方面的实际评价，目前还只能停留在图样上。在排放方面，不仅要考虑汽车在使用中的直接排放，还要考虑在氢燃料提取和燃料电池在生产和运输过程中的排放。使用中的直接排放，还要考虑在氢燃料提取和燃料电池在生产和运输过程中的排放。n n实际中，氢燃料的开发存在诸多困难。氢

40、主要以化合物的方式存在，目前还没有找到廉价的提取方法。实际中，氢燃料的开发存在诸多困难。氢主要以化合物的方式存在，目前还没有找到廉价的提取方法。美国政府建议从天然气、石油甚至是核能中提炼氢。但氢的提炼中需要消耗相当多的能源，而产生的美国政府建议从天然气、石油甚至是核能中提炼氢。但氢的提炼中需要消耗相当多的能源，而产生的大量废气足以让大气层变成黑色，简直是得不偿失。环保主义者丹尼尔大量废气足以让大气层变成黑色，简直是得不偿失。环保主义者丹尼尔-贝克说贝克说“从这些从这些(zhxi)(zhxi)能源能源中提炼氢是最污染的方法了。我们还要花费几千万美元才能从石油中提炼氢，这就像是跑到麦当劳去中提炼氢

41、是最污染的方法了。我们还要花费几千万美元才能从石油中提炼氢，这就像是跑到麦当劳去减肥。减肥。”n n在生产和运输燃料电池的过程中，不可避免的会有在生产和运输燃料电池的过程中，不可避免的会有10%-20%10%-20%的燃料泄露泄露到大气中，氢氧结合使距离的燃料泄露泄露到大气中，氢氧结合使距离地面地面50km50km左右的同温层水蒸气含量大副增加令地球出现多云天气的机会增多。有可能导致同温层气温左右的同温层水蒸气含量大副增加令地球出现多云天气的机会增多。有可能导致同温层气温降低降低0.50.5度，延缓南北极春天的到来，增大南极上空的臭氧空洞，导致更多的紫外线照在大地，对地球度，延缓南北极春天的到

42、来，增大南极上空的臭氧空洞，导致更多的紫外线照在大地，对地球上的生物产生不良影响。对此要保持严谨的态度。上的生物产生不良影响。对此要保持严谨的态度。第38页/共48页第三十九页，共48页。国外燃料电池汽车国外燃料电池汽车(qch)技术技术的进展的进展n n目前，美、日、法、德等发达国家都在潜心致力于燃料电池汽车的研究，已开发出多种型号的样车。通用与丰田、美国国际燃料电池公司和东芝、奔驰和西门子、雷诺和意大利的De Nora等一些大公司都纷纷组成强大(qingd)的跨国联盟，优势互补，联合开发燃料电池汽车。其中大部分厂商已经完成了研发，进入小批量生产阶段。n n美国 燃料电池汽车的研发始于20世

43、纪60年代，美国能源部、电力研究所和气体研究协会等部门都有投入。n n1991年，美国研制出了世界上最早的燃料电池概念车Laser Cell TM该车使用贮氢合金作为燃料来源，燃料电池功率12.5kw,续驶里程303KM.n n1993年，美国政府组织“新一代汽车联合体”燃料电池汽车开发计划，注资15亿美元开发采用常规燃料和代用燃料50KW车用质子交换膜燃料电池，并研发油耗只有3L/100km的超跑。第39页/共48页第四十页，共48页。n n2002年通用公司推出基于欧宝赛飞利MPV改进的氢动3号燃料电池原型轿车。标志着通用公司的燃料电池汽车技术走在了世界的前列。该车用存于68L不锈钢罐内的

44、液态氢，动力（60kw）由200个电池群组供应，百公里加速时间为16S，最高时速160km/h，续驶里程可达270400km.已完成7。5万公里的路试。n n2001年8月通用公司推出了世界上首辆配置汽油转化器的燃料电池汽车，一款基于雪佛兰S10皮卡的原型车。这一装置可以从汽油中提取氢气，因而被视为一个理想的过渡性方案。同年，通用公司还开发出自主魔力燃料电池概念车。该车主要是线传操控电子控制技术使其操控、制动(zh dn)、和其他车载系统通过电子方式而不是机械方式进行控制。n n2002年5月20日戴-克集团的甲醇改质型汽车从旧金山出发成功的横穿了北美大陆，历经16天之后抵达华盛顿特区行驶距离

45、为5250km 最高时速145km/h。第40页/共48页第四十一页，共48页。n n日本早在30多年前就开始进行燃料电池的研究，2003年对燃料电池汽车进行免税政策鼓励其发展。丰田、本田、马自达、日产等都已先后试制出燃料电池汽车。n n1996年丰田推出了资质PEMFC装置和铅酸电池的混合动力系统 汽车。车速达到100km/h.n n2002年丰田推出了可载五人的最高时速(sh s)达到150km/h的燃料电池汽车。续驶历程250km/h。该车主要特点是装有镍-氢辅助电池。可使汽车在制动时重新发电。这意味着汽车在充填燃料之前可以行驶一段更长的距离。n n2002年底，丰田宣布开始在日美销售燃

46、料电池汽车。首批交付5辆。这是世界上首批用于商业的燃料电池汽车。第41页/共48页第四十二页，共48页。n n欧洲各国的的燃料电池开发较美日为晚，目前也加快可研究的进度。荷兰、意大利、德国、西班牙等国分别完成了10kw、100kw、280kw级碳酸盐型电池的研发。德瑞分别进行了7kw和10kw级固体氧化物电池的开发。n n另外标致-雪铁龙开发的燃料电池出租车已经投入了商业运行(ynxng)。该车配有美国fgh62公司开发的氢气燃料电池，输出功率5.5kw 最高时速95km/h，可行驶200300km.由于配有能源回收系统，汽车停车时可将动能转化成电能向电池充电。n n加拿大巴德拉动力系统公司开

47、发的燃料电池发动机已装在福特、戴-克、通用、丰田、本田等公司的样车上。第42页/共48页第四十三页，共48页。世界各大汽车世界各大汽车世界各大汽车世界各大汽车(qch)(qch)厂商最新推出的氢燃料电池汽车厂商最新推出的氢燃料电池汽车厂商最新推出的氢燃料电池汽车厂商最新推出的氢燃料电池汽车(qch)(qch)n n通用 sequeln n在2005年北美车展上，通用公司氢燃料电池领域的最新成果-sequel。在驾驶和线传操控技术方面(fngmin)有很大改进，具有驾驶的实际意义。堪称“目前全球行驶效率最高的新能源汽车”。成本有所喜爱昂最大功率提高了约25%，一次行驶300mile,百公里加速只

48、需10S。这与目前普通的内燃机汽车相比也不逞多让。第43页/共48页第四十四页，共48页。n n丰田Fine-Nn n“”长度不到4.4米，轴距却有3.1米。具有超薄的电池反应堆。采用了轮内轮电动系统，即在各车轮内配置了每轮最高输出功率、最大扭矩的小型轻量高效率的电动马达，能够对轮的驱动和制动力进行独立连续控制。“”通过丰田燃料电池系统和锂电池输出的电力驱动轮内轮电动马达，汽车(qch)连续行驶距离高达公里第44页/共48页第四十五页，共48页。本田FCX目前的FCX，已经发展到了第五代，是本田公司最成熟(chngsh)的燃料电池汽车。但是其价格相当昂贵。本田fcx是以量产作为划时代标志出现的

49、。由于目前的燃料电池技术还不成熟(chngsh)，价格自然居高不下。FCX采用了储气罐的方式来存放氢气。其外形和普通家轿没什么区别。FCX的总体能量效率高达45%。最大续驶里程也有395km。基本满足日常只需。第45页/共48页第四十六页，共48页。世界世界(shji)燃料电池汽车研发燃料电池汽车研发新动向新动向n n1 1、各国政府提供财政及政策支持、各国政府提供财政及政策支持n n由于燃料电池的发展前景被各国一致看好。所以各国政府为考究和开发提供财政和政策的支持，积极推进燃料电池的研由于燃料电池的发展前景被各国一致看好。所以各国政府为考究和开发提供财政和政策的支持，积极推进燃料电池的研发进

50、度。形成了政府牵头，国内汽车制造商联合开发的新局面。发进度。形成了政府牵头，国内汽车制造商联合开发的新局面。n n2 2、跨国公司、跨国公司(ku(ku u u nn s)s)为开发燃料电池汽车结盟。为开发燃料电池汽车结盟。n n企业结盟最有代表性的例子是戴企业结盟最有代表性的例子是戴-克和福特两大汽车巨头共同宣布，为在世界燃料电池汽车技术上取得优势，两家联手克和福特两大汽车巨头共同宣布，为在世界燃料电池汽车技术上取得优势，两家联手合作受够了著名的加拿大巴拉德动力系统公司，建立新的集团联盟。同时，巴拉德的加入也意味着汽车巨头和燃料电池合作受够了著名的加拿大巴拉德动力系统公司，建立新的集团联盟。