氫電混合動(dòng)力電動(dòng)汽車研究及展望

1、從從GEF/UNDP 燃料電池公共汽車示范可行性論證燃料電池公共汽車示范可行性論證(1996.10-2008.7)，到電動(dòng)汽車到新能源汽車示范應(yīng)用（，到電動(dòng)汽車到新能源汽車示范應(yīng)用（2001-2011）儲(chǔ)氫容器Hydrogen cylinder 超級(jí)電容器Supercapacitor燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)Fuel cell engineDC-DCMotor冷卻器Cooling 氫氣加注口Hydrogen filling port“創(chuàng)新一號(hào)創(chuàng)新一號(hào)”燃料電池巴士在上海交通大學(xué)建校燃料電池巴士在上海交通大學(xué)建校110110周年慶在閔行校園內(nèi)運(yùn)行周年慶在閔行校園內(nèi)運(yùn)行20082008北京奧運(yùn)會(huì)燃料電池北京奧

2、運(yùn)會(huì)燃料電池汽車汽車世博會(huì)期間，共有世博會(huì)期間，共有196輛燃料電池汽車在運(yùn)行中，是所有新輛燃料電池汽車在運(yùn)行中，是所有新能源汽車中表現(xiàn)最穩(wěn)定的。能源汽車中表現(xiàn)最穩(wěn)定的。u90輛燃料電池轎車輛燃料電池轎車u6輛燃料電池巴士輛燃料電池巴士u100燃料電池觀光車燃料電池觀光車￥600,000 ￥ 250,000 ￥ 500,000 ￥ 60,000+￥40,000 ￥ 420,000 ￥ 50,000+￥20,000Note: Central government subsidy level: 3000RMB/kWh; Shanghai city subsidy level 2000RMB/kWh

3、氫能是可再生能源和用戶的最好橋梁氫能是可再生能源和用戶的最好橋梁u氫可以將可再生能源的多余電力儲(chǔ)存起來氫可以將可再生能源的多余電力儲(chǔ)存起來u氫可以將風(fēng)能的低質(zhì)量電力變成優(yōu)質(zhì)電源氫可以將風(fēng)能的低質(zhì)量電力變成優(yōu)質(zhì)電源u氫能可以使風(fēng)能免除電網(wǎng)份額的限制氫能可以使風(fēng)能免除電網(wǎng)份額的限制u氫能可將再生能源的電變?yōu)槠嚨膭?dòng)力氫能可將再生能源的電變?yōu)槠嚨膭?dòng)力8100年年儲(chǔ)電（蓄電池）儲(chǔ)電（蓄電池）儲(chǔ)油箱（汽柴油）儲(chǔ)油箱（汽柴油）儲(chǔ)電（蓄電池）儲(chǔ)電（蓄電池）+儲(chǔ)油儲(chǔ)油?(HEV) 儲(chǔ)氫儲(chǔ)氫+燃料電池燃料電池未來汽車動(dòng)力特點(diǎn)：能量多樣性未來汽車動(dòng)力特點(diǎn)：能量多樣性車載儲(chǔ)能密度比較車載儲(chǔ)能密度比較Battery

4、 improvements are expected, but still 100X lower density than liquid fuel. Hydrogen has significantly higher storage density than batteries Weight & Volume of Energy Storage System for 300 mile Range車載儲(chǔ)能系統(tǒng)重量與體積比較車載儲(chǔ)能系統(tǒng)重量與體積比較Application Map Meeting Customer Needs There is no single silver bullet

5、 實(shí)施時(shí)間：2009.4-2013.1Hawaii Hydrogen Power Park車載儲(chǔ)能技術(shù)：新能源汽車核心車載儲(chǔ)能技術(shù)：新能源汽車核心蓄電裝置蓄電裝置儲(chǔ)氫裝置儲(chǔ)氫裝置燃料電池堆燃料電池堆電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)多能源控制器多能源控制器GM Project Driveway Vehicle Deployment Real World Experience has developed 100 fuel cell vehicles. This fuel cell vehicles are running in NY, CA and CT state in US. Fuel cell technolo

6、gy is ready for commercialization.UTC Power Transit Bus Fuel Cell System Sets Durability RecordUTC Powers latest-generation PureMotion(r) System Model 120 fuel cell powerplants for hybrid-electric transit buses has surpassed 10,000 operating hours in real-world service with its original cell stacks

7、and no cell replacements. This powerplant is aboard an Alameda-Contra Costa Transit District (AC Transit) bus operating in the Greater Oakland, Calif. area. (August 10, 2011)Toyota Aims for $50,000 Fuel-Cell Car by 2015Toyota Aims for $50,000 Fuel-Cell Car by 2015May 7, 2010: Toyota says it has cut

8、the cost of building fuel-cell vehicles by 90 percent and could sell its first hydrogen vehicle for $50,000 by 2015http:/ wants to mass produce fuel cell vehicles by 2012-15 So far has built over 100 fuel cell vehicles that have accumulated over 2.3 million miles of testing. also recently announced

9、that they want to build fuel cell vehicles in that same timeOct 9, 2010: Daimler is now accepting orders from customers in Los Angeles and San Francisco to lease the Mercedes B-Class F-Cell hydrogen fuel cell car. The first 5-15 cars will be delivered in mid-December 2010. The price per month to lea

10、se the car “may be $600 to 800 including fuel.”Daimler to begin leasing hydrogen fuel cell car in California in December 2010梅賽德斯梅賽德斯- -奔馳奔馳B B級(jí)燃料電池車級(jí)燃料電池車2011年年1月月30日，梅賽德斯日，梅賽德斯-奔馳啟動(dòng)了一場前所未有的長途奔馳啟動(dòng)了一場前所未有的長途旅行旅行梅賽德斯梅賽德斯-奔馳奔馳B級(jí)燃料電池車環(huán)球之旅。級(jí)燃料電池車環(huán)球之旅。梅賽德斯梅賽德斯- -奔馳奔馳B B級(jí)燃料電池車級(jí)燃料電池車B 級(jí)燃料電池車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了級(jí)燃料電池車的

11、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了最最新一代燃料電池技術(shù)新一代燃料電池技術(shù)，相比，相比2004款梅款梅賽德斯賽德斯-奔馳奔馳 A 級(jí)燃料電池車的驅(qū)動(dòng)級(jí)燃料電池車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，體積縮小約系統(tǒng)，體積縮小約40%，燃料消耗降，燃料消耗降低低 30%，但輸出功率卻增加了，但輸出功率卻增加了 30%。B 級(jí)燃料電池車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的級(jí)燃料電池車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要部件主要部件包括：小型氫氣燃料電池反應(yīng)堆、位包括：小型氫氣燃料電池反應(yīng)堆、位于后備箱底部的高效能的鋰離子電池、于后備箱底部的高效能的鋰離子電池、三個(gè)三個(gè)700巴高壓儲(chǔ)氫罐、一個(gè)位于前巴高壓儲(chǔ)氫罐、一個(gè)位于前軸的緊湊的、輕量化的驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸的緊湊的、輕量化的驅(qū)動(dòng)電機(jī)B級(jí)燃料電池車級(jí)

12、燃料電池車?yán)m(xù)航里程續(xù)航里程達(dá)到了達(dá)到了400公公里，而每次充滿燃料僅需里，而每次充滿燃料僅需3分鐘，通分鐘，通過移動(dòng)加氫站補(bǔ)充滿燃料的時(shí)間也僅過移動(dòng)加氫站補(bǔ)充滿燃料的時(shí)間也僅為為20分鐘。非常適合長途旅行以及日分鐘。非常適合長途旅行以及日常使用。常使用。The Audi Hydrogen A2H2 car was powered both directly by the PEM fuel cell as needed and the 38 kw NiMH traction battery pack, contains three Dynetek hydrogen storage tanks a

13、t a pressure of 350 bar, for a total capacity of 1.8 kg (3.96 lb.) of compressed hydrogen.The Audi Q5 HFC has a 98 kw PEM fuel cell and a 1.3 kwh lithium ion battery pack, was introduced in Berlin, Germany in May 2011Hyundai Tucson Hybrid FCEV http:/ 治療早泄得用中藥！手術(shù)治療早泄得用中藥！手術(shù)治療，西藥治療都不靠譜！我治療，西藥治療都不靠譜！我之

14、前的早泄就是靠中藥治療好之前的早泄就是靠中藥治療好的，現(xiàn)在都沒有再復(fù)發(fā)！想試的，現(xiàn)在都沒有再復(fù)發(fā)！想試試的話加下這位老中醫(yī)威亻言：試的話加下這位老中醫(yī)威亻言： 就當(dāng)我為他宣傳一下吧！就當(dāng)我為他宣傳一下吧！一款氫動(dòng)力雙座概念跑車，車身采用玻璃纖維和碳纖維制成。這款零一款氫動(dòng)力雙座概念跑車，車身采用玻璃纖維和碳纖維制成。這款零排放汽車由氫排放汽車由氫-電混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，燃料電池位于后部。電混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，燃料電池位于后部。氫電混合動(dòng)力汽車技術(shù)挑戰(zhàn)氫電混合動(dòng)力汽車技術(shù)挑戰(zhàn)u續(xù)駛里程短續(xù)駛里程短u動(dòng)力性能較差動(dòng)力性能較差u運(yùn)行壽命短運(yùn)行壽命短u成本高成本高HYDROGEN動(dòng)力電池動(dòng)力電池儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)氫系統(tǒng)燃

15、料電池燃料電池上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、廈門大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、廈門大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車用低成本、高密度蓄電用低成本、高密度蓄電(氫氫)體系基礎(chǔ)科學(xué)問題研究體系基礎(chǔ)科學(xué)問題研究 氫電混合燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)電源技術(shù)氫電混合燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)電源技術(shù), 2008,32(6):357-360 u 建立了車載儲(chǔ)氫氣瓶快充試驗(yàn)平臺(tái)及仿真系統(tǒng)，建立了建立了車載儲(chǔ)氫氣瓶快充試驗(yàn)平臺(tái)及仿真系統(tǒng)，建立了快速充放氫過程中氫氣流速和流量的控制理

16、論快速充放氫過程中氫氣流速和流量的控制理論u 建立了車載儲(chǔ)氫容器材料結(jié)構(gòu)工藝一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)建立了車載儲(chǔ)氫容器材料結(jié)構(gòu)工藝一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用該方法可在保證安全和技術(shù)要求的情況下優(yōu)化方法，運(yùn)用該方法可在保證安全和技術(shù)要求的情況下優(yōu)化儲(chǔ)氫容器結(jié)構(gòu)、減少材料用量、極大程度的降低成本儲(chǔ)氫容器結(jié)構(gòu)、減少材料用量、極大程度的降低成本u 建立了車載纖維纏繞高壓儲(chǔ)氫氣瓶及安全性能測試系統(tǒng)建立了車載纖維纏繞高壓儲(chǔ)氫氣瓶及安全性能測試系統(tǒng)u 研制出兩種可在溫和條件下制備研制出兩種可在溫和條件下制備40-70MPa高壓氫的合金、高壓氫的合金、并設(shè)計(jì)制作了可提供并設(shè)計(jì)制作了可提供40-70MPa高壓的供氫裝置高壓

17、的供氫裝置J Y Zheng, P F Liu, Computational Materials Science, 2008, 43(3):453-461（浙大）（浙大）Elasto-plastic stress analysis and burst strength evaluation of Al-carbon fiber/epoxy composite cylindrical laminatesAfter burstBefore burstu 國內(nèi)率先開展快速充氫溫升試驗(yàn)。國內(nèi)率先開展快速充氫溫升試驗(yàn)。 在在高壓氣瓶內(nèi)、外壁面分布置數(shù)十個(gè)傳感高壓氣瓶內(nèi)、外壁面分布置數(shù)十個(gè)傳感器，能夠動(dòng)態(tài)

18、采集氣瓶內(nèi)外壁溫度器，能夠動(dòng)態(tài)采集氣瓶內(nèi)外壁溫度u 采用先進(jìn)密封裝置，解決了傳感器數(shù)采用先進(jìn)密封裝置，解決了傳感器數(shù)據(jù)線高壓出口密封問題。據(jù)線高壓出口密封問題。 采用先進(jìn)測量采用先進(jìn)測量技術(shù)，可實(shí)時(shí)對(duì)高速氫氣流量進(jìn)行測量技術(shù)，可實(shí)時(shí)對(duì)高速氫氣流量進(jìn)行測量 氣流控制閥 傳感器數(shù)據(jù)線“70MPa高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用應(yīng)用” 教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。（2010年年）Xia YY, et al. Energy Environ. Sci., 2011 (online) （復(fù)旦）（復(fù)旦）碳包覆納米多孔碳包覆納米多孔Li4Ti5O12微球電極材

19、料的制備微球電極材料的制備 ReductionOGH film新一代電導(dǎo)性水凝膠薄膜：化學(xué)轉(zhuǎn)化石墨烯（CCG)有序凝膠化過程Xiaowei Yang, Zi-Feng Ma, Dan Li, Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(32):7325-7328 0.00.51.01.52.00.00.81.01.2Stress (MPa)Strain (%) 70 m 118 m 198 m0.00.51.01.52.0Strain (%)(MPa) 70 m 118 m 198 m機(jī)械強(qiáng)度：平均彈性模量 76 5 M

20、PaOGH薄膜的真空抽濾干燥過程實(shí)際變化照片 OGHFreeze dried OGHDried OGH annealed Power density（kW/kg）118.018.11.27(項(xiàng)項(xiàng)目指目指標(biāo)標(biāo)：2）Surface areas (m2/g)1086.8718.3595.8MBFreeze dried SSG010203040500-10-20-30-40-50 OGH film Freeze Dried OGH Dried / annealed OGH Z ()Z ()1011021031041052468 OGH film Freeze Dried OGH Dried /anne

21、aled SSG Energy Density (Wh/kg)Ave. Power Density (W/kg)干燥方法對(duì)于其比表面、功率密度、能量密度及電阻有很大關(guān)系粗磨粗磨 超細(xì)磨超細(xì)磨噴霧造粒噴霧造粒 碳包覆納米多孔碳包覆納米多孔Li4Ti5O12微球微球AC/Li4Ti5O12混合電容器混合電容器球型二次粒徑球型二次粒徑 525 微米微米一次粒徑一次粒徑 200 納米以下納米以下粒子表面納米碳層包覆粒子表面納米碳層包覆固相合成技術(shù)結(jié)合碳包覆技術(shù)制備固相合成技術(shù)結(jié)合碳包覆技術(shù)制備了高電子導(dǎo)電性的納米鈦酸鋰材料了高電子導(dǎo)電性的納米鈦酸鋰材料技術(shù)優(yōu)勢：技術(shù)優(yōu)勢：1. 顆粒大?。◣资{米到數(shù)微

22、顆粒大?。◣资{米到數(shù)微米）形狀可控。米）形狀可控。2. 電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于商業(yè)化電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于商業(yè)化LTO。20102010年年1111月通過教育部成果鑒定，達(dá)國際先進(jìn)水平。月通過教育部成果鑒定，達(dá)國際先進(jìn)水平。024681012141.52.02.53.03.54.04.5LiFePO4Voltage (V vs. Li/Li+)pH LiTi2(PO4)3Li+=2 Mint0LiLi(x)(x)1V =(uu )e Presence of O2 and H2O V(x) = 4.268-0.059pHPresence of H2O V(x)=3.039-0.059 pH Anode regio

23、nCathode region水溶液中負(fù)極容量水溶液中負(fù)極容量衰減的主要原因衰減的主要原因 Anodes are instable in presence of H2O and O2Li(inter.) + 1/4O2+1/2H2O Li+ + OH- + 1/2H2Xia YY, et al., Nature Chemistry, 15, 760-765 (2010)u在橫店東磁建立了在橫店東磁建立了150噸噸/年試驗(yàn)生產(chǎn)線，產(chǎn)品通過國家電池質(zhì)量年試驗(yàn)生產(chǎn)線，產(chǎn)品通過國家電池質(zhì)量( 蘇州）檢測中蘇州）檢測中心評(píng)價(jià)，心評(píng)價(jià)，2010年年7月月7日通過浙江省科技廳組織的項(xiàng)目驗(yàn)收。日通過浙江省科技

24、廳組織的項(xiàng)目驗(yàn)收。u2011年向浙江臺(tái)州新能源提供年向浙江臺(tái)州新能源提供LiFePO4材料生產(chǎn)專利許可。材料生產(chǎn)專利許可。Pt or Pt alloysPd, Ag Pd, Ag alloysMetal macrocyclesMnO2/CPerovskite (ABO3)金屬大環(huán)化合物金屬大環(huán)化合物CoTMPP金屬氧化物金屬氧化物Pt, Pt Pt, Pt 合金合金Pd, Pd Pd, Pd 合金合金catalyst燃料電池電化學(xué)反應(yīng)過程中，陰極緩慢的氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)限制了燃料燃料電池電化學(xué)反應(yīng)過程中，陰極緩慢的氧還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)限制了燃料電池性能的提高。是燃料電池電催化活性的控制反應(yīng)步驟電池性能的提高。是燃料電池電催化活性的控制反應(yīng)步驟陰極陰極: O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 氫氣壓力：氫氣壓力：0.15MPa, 自增濕；自增濕；空氣：風(fēng)扇送氣，降溫空氣：風(fēng)扇送氣，降溫 工作溫度：工作溫度：3040陽極陽極Pt含量：含量：0.30.4mg/cm2 (尾端堵死，間隙排氣尾端堵死，間隙排氣)單電池有效面積：單電池有效面積：55cm2 單電池?cái)?shù)：單電池?cái)?shù)：66個(gè)個(gè)012345670102030405060電流