單元一燃料電池汽車結(jié)構(gòu)新能源汽車認(rèn)知與應(yīng)用01課件

單元一燃料電池汽車結(jié)構(gòu)《新能源汽車認(rèn)知與應(yīng)用》教學(xué)目標(biāo)專業(yè)能力1、能夠描述燃料電池的應(yīng)用；2、能夠描述燃料電池的類型與工作原理；3、能夠描述燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理；4、能夠描述典型的燃料電池汽車的特點(diǎn)。應(yīng)用能力1、養(yǎng)成做事細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)；2、提高合作意識(shí)和創(chuàng)新精神；3、養(yǎng)成良好的安全意識(shí)、責(zé)任意識(shí)、6S管理意識(shí)，注重節(jié)約、節(jié)能和環(huán)保。學(xué)習(xí)目錄1燃料電池的應(yīng)用2燃料電池的類型與工作原理3燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理4典型的燃料電池汽車介紹燃料電池的應(yīng)用

1.氫能源與燃料電池氫在地球上屬于最豐富的元素之一，但是它不能以其自然形式存在，例如在大氣中，氫是和氧共同作用形成水存在的。在很多自然界的礦物中也能找到氫，例如天然氣、煤、石油等。要把氫存儲(chǔ)起來用作燃料，必須進(jìn)行一系列工序把這些物質(zhì)分離出來。學(xué)習(xí)內(nèi)容氫存在的形式燃料電池就是氫動(dòng)力電池，氫是一種優(yōu)質(zhì)燃料，與等量的化石燃料相比，它的比能非常高。1kg氫的能量是1kg汽油能量的3倍。燃料電池是一種把氫氧化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的電化學(xué)裝置。學(xué)習(xí)內(nèi)容典型燃料電池外觀燃料電池的應(yīng)用

2.燃料電池的優(yōu)點(diǎn)燃料電池產(chǎn)生電能，并且由于氫和氧提供電能給燃料電池，所以燃料電池本身不會(huì)產(chǎn)生任何碳排放，排放的只有水和熱量。燃料電池的能量也比一般內(nèi)燃機(jī)更高，由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的車輛效率只有15%~20%，而燃料電池汽車的效率能達(dá)到40%以上。此外，如果利用燃料電池作為汽車動(dòng)力來源，其運(yùn)動(dòng)部件非常少，穩(wěn)定性更強(qiáng)。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池的應(yīng)用3.燃料電池堆單個(gè)燃料電池本身沒有多少用途，因?yàn)樗a(chǎn)生的電動(dòng)勢小于1V。運(yùn)用在汽車上的燃料電池通常是把數(shù)百個(gè)燃料電池組合在一起做成一個(gè)燃料電池堆。在這種布置中，燃料電池串聯(lián)在一起，這樣的電池堆的總電壓是每個(gè)單電池電壓的總和。學(xué)習(xí)內(nèi)容汽車用燃料電池堆由數(shù)百個(gè)單電池串聯(lián)而成燃料電池的應(yīng)用

4.燃料電池應(yīng)用于汽車存在的問題雖然目前很多汽車制造商開始設(shè)計(jì)和研發(fā)燃料電池汽車，并致力于提高燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但是沒有一款由燃料電池提供動(dòng)力的汽車能夠大規(guī)模生產(chǎn)。原因包括有成本高、缺少加燃料的基礎(chǔ)設(shè)施，安全保障、汽車?yán)m(xù)航里程不足，以及不能夠經(jīng)久耐用和冷起動(dòng)問題都影響和制約了燃料電池汽車的發(fā)展。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池的應(yīng)用

1.燃料電池類型燃料電池的類型很多，主要的區(qū)別在于所用的電解質(zhì)種類不同。有些電解質(zhì)常溫下運(yùn)行效果很好，而有些需要在溫度高達(dá)900℃的情況下才能正常工作。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池的類型與工作原理常見的燃料電池類型

PAFC磷酸燃料電池PEM質(zhì)子交換膜燃料電池MCFC熔融碳酸鹽燃料電池SOFC固態(tài)氧化物燃料電池電解質(zhì)磷酸磺酸聚合物鋰、鉀碳酸鹽穩(wěn)態(tài)釔氧化鋯燃料天燃?xì)?、氫天燃?xì)?、氫天燃?xì)?、合成氣天燃?xì)狻⒑铣蓺夤ぷ鳒囟?82~210℃80~100℃593~704℃649~1815℃電效率40%30~40%43~44%50~60%制造商ONSI公司艾維斯塔、PP公司等IHI、日立、西門子霍尼韋爾公司應(yīng)用固定電源汽車、移動(dòng)電源工業(yè)及公共電源固定電源

2.質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理最合適汽車使用的燃料電池是質(zhì)子交換膜電池，也稱為PEM電池。

質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電過程不涉及氫氧燃燒，能量轉(zhuǎn)換率高，發(fā)電時(shí)不產(chǎn)生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時(shí)也沒有噪聲。在燃料電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達(dá)陰極，與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路，向外界提供電流。因此，質(zhì)子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用，其性能的好壞，直接影響電池的使用壽命。

學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池的類型與工作原理在原理上，質(zhì)子交換膜燃料電池相當(dāng)于電解水的“逆”裝置。

其單電池由陽極、陰極和含催化劑涂層的質(zhì)子交換膜構(gòu)成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)直流電源，其陽極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。學(xué)習(xí)內(nèi)容PEM電池工作原理示意圖燃料電池的類型與工作原理氫氣直接被輸送到負(fù)極，氧氣直接被輸送到正極。氫以分子的形式被輸送至負(fù)極，在有催化劑的情況下氫氣被分解成H+離子（質(zhì)子）。通過外電路輸送氫原子的電子（e-）產(chǎn)生用于進(jìn)行工作的電。然后，這些相同的電子被送到正極，通過膜返回的H+離子在有催化劑的情況下，在正極與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水和熱量。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池的類型與工作原理3.甲醇燃料電池由于采用氫作為燃料電池燃料時(shí)，存儲(chǔ)氫需要使用高壓氣缸的成本和安全性均不是很理想，因此另一種改進(jìn)的PEM燃料電池方法是用液態(tài)甲醇替代氫氣。學(xué)習(xí)內(nèi)容甲醇燃料電池用甲醇取代了氫氣作為燃料燃料電池的類型與工作原理制造甲醇最常用的方法是用天燃?xì)夂铣杉状迹葰鈶B(tài)氫的能量密度更高，因?yàn)槌叵滤砸簯B(tài)形式存在，無需使用壓縮機(jī)或其他高壓設(shè)備。使用液態(tài)取代高壓氣體給燃料汽車加燃料，這樣的過程將更加簡單，幾乎類似與添加汽油的車輛添加汽油一樣。甲醇本身有腐蝕性，這使得甲醇不能存儲(chǔ)在現(xiàn)有的燃油箱中，需要建立一個(gè)單獨(dú)處理和存儲(chǔ)甲醇的基礎(chǔ)設(shè)施。學(xué)習(xí)內(nèi)容直接甲醇燃料電池的加注方式與汽油車相似燃料電池的類型與工作原理燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理燃料電池汽車是指以氫氣或甲醇等為燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2~3倍，燃料電池汽車是一種理想的新能源汽車。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車驅(qū)動(dòng)原理圖燃料電池汽車的主要結(jié)構(gòu)是燃料電池堆及相應(yīng)的附屬裝置，右圖所示為本田FCX燃料電池汽車的動(dòng)力傳動(dòng)示意圖。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理其各個(gè)部件的功能是：

（1）增濕器增濕器位于燃料電池系統(tǒng)盒內(nèi)，在通往電池堆陰極的空氣管道里面。

PEM燃料電池的水管理系統(tǒng)非常重要，水太多會(huì)妨礙氧氣與正極接觸，水太少會(huì)讓電解質(zhì)變干，降低其電導(dǎo)性。增濕器的作用是平衡，通過讓正在陰極蒸發(fā)的水分循環(huán)給燃料電池提供充足的水分。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理

（2）燃料電池冷卻系統(tǒng)正常工作過程中燃料電池會(huì)產(chǎn)生熱量。余熱會(huì)導(dǎo)致聚合物電解質(zhì)膜損壞，所以必須用液體冷卻系統(tǒng)把余熱從燃料電池堆中帶走。燃料電池產(chǎn)生的熱屬于低品位熱能，在冷卻液與周圍空氣之間的溫度差別很小，這種情況下，熱轉(zhuǎn)移會(huì)很慢，必須用表面積非常大的散熱器。本田FCX用一個(gè)大散熱器冷卻燃料電池，兩個(gè)小散熱器冷卻傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理

（3）空氣泵在所有行駛條件下，必須以適當(dāng)壓力和流速給燃料電池堆送風(fēng)使電池堆正常工作。車載空氣泵把大氣壓縮后輸送給燃料電池的正極就能達(dá)成此功效。

（4）二次電池在燃料電池汽車中設(shè)計(jì)二次電池，可以提高汽車的駕駛性能。因?yàn)殡姶鎯?chǔ)設(shè)備能夠立即提供能量給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并且克服了燃料電池部分的加速滯后情況。學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理

1）高壓電池大多數(shù)燃料汽車設(shè)計(jì)中用鎳氫電池作為二次電池，通常安裝在汽車后部，二次電池的構(gòu)造與燃料電池堆相似，由很多單個(gè)電池串并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)高壓電池組。高壓電池組學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理

2）超級(jí)電容器電池中存儲(chǔ)電能的另一種形式是超級(jí)電容器。電容器是一種能阻止直流電、允許交流電通過的電氣設(shè)備。然而，電容器也能利用正負(fù)電荷之間的靜電吸引存儲(chǔ)電能。

超級(jí)電容器能夠快速、高效地充放電，這個(gè)特點(diǎn)使得超級(jí)電容器很適合使用在燃料電池汽車上作為輔助二次電池用。超級(jí)電容器模塊及單個(gè)電池的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理

（6）驅(qū)動(dòng)橋用于燃料電池汽車的驅(qū)動(dòng)橋非常簡單，幾乎沒有運(yùn)動(dòng)件，這使它極其耐用、安靜及穩(wěn)定。學(xué)習(xí)內(nèi)容驅(qū)動(dòng)橋總成燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理

（7）電源控制單元（PCU）燃料電池汽車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電源控制單元（PCU）控制，它控制燃料電池的輸出功率，并讓電在各種不同部件之間流動(dòng)。充當(dāng)逆變器就是PCU的作用之一，它把燃料電池堆輸出的直流電轉(zhuǎn)變成三相交流電，供汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。豐田燃料電池車輛電源控制單元控制各個(gè)部件之間電流關(guān)系學(xué)習(xí)內(nèi)容燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.本田燃料電池汽車2002年12月2日，本田同時(shí)向日本政府和美國洛杉磯市政府交付了首批FCX，成為世界上第一家實(shí)現(xiàn)商品化銷售的燃料電池車生產(chǎn)廠家。典型的燃料電池汽車介紹學(xué)習(xí)內(nèi)容本田FCX車型

（1）FCX的重要部件1）動(dòng)力控制單元（PCU）。PCU結(jié)構(gòu)更加的緊湊，置于電動(dòng)機(jī)之上。這樣裝置，在前部受到撞擊時(shí)，可以保護(hù)一些高壓的部件。2）集成的電動(dòng)機(jī)和變速器裝配。緊湊的設(shè)計(jì)，讓這套組合進(jìn)入到小型車內(nèi)成為可能。學(xué)習(xí)內(nèi)容本田FCX重要部件側(cè)視圖典型的燃料電池汽車介紹

3）超級(jí)電容。位置微斜置于后座位之后，確保足夠的行李艙空間。

4）后車架結(jié)構(gòu)。雙段式后車架，包含一個(gè)副車架，有效的在撞擊時(shí)保護(hù)儲(chǔ)氫罐。本田FCX重要部件俯視圖學(xué)習(xí)內(nèi)容典型的燃料電池汽車介紹

5）散熱器。由于采用了緊湊的電動(dòng)機(jī)和變速器，因此可以使用一個(gè)更大的燃料電池系統(tǒng)散熱器，微斜置于車頭的兩側(cè)還安裝了稍小的散熱器，供驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)散熱。

6）燃料電池系統(tǒng)外箱。外箱包括燃料電池堆及其他動(dòng)力生成部件，位于地板之下，以保證足夠的車艙空間。

7）高壓儲(chǔ)氫罐。位于后座之下，以確保足夠的行李艙空間。8）后懸架。懸架的安裝與高壓儲(chǔ)氫罐和副車架保持一致，易于安裝?；旌蟿?dòng)力(比亞迪秦)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙特征學(xué)習(xí)內(nèi)容典型的燃料電池汽車介紹

9）組合儀表本田FCX的儀表與傳統(tǒng)汽車相比，主要增加有超級(jí)電容容量顯示和超級(jí)電容充電顯示，并同時(shí)顯示出動(dòng)力輸出顯示。本田FCX儀表學(xué)習(xí)內(nèi)容典型的燃料電池汽車介紹

（2）本田FCX的運(yùn)行模式

1）起步和加速時(shí)輸出由燃料電池堆和超級(jí)電容提供。超級(jí)電容在極短的時(shí)間內(nèi)輔助燃料電池達(dá)到最大的性能。起步和加速時(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容典型的燃料電池汽車介紹

2）輕微加速和巡航時(shí)輸出只由燃料電池提供。燃料電池負(fù)責(zé)給電動(dòng)機(jī)提供必須的動(dòng)力，電容不用輔助。輕微加速和巡航時(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容典型的燃料電池汽車介紹

3）減速時(shí)能量被回收存儲(chǔ)在超級(jí)電容里。超級(jí)電容能回收在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量，有效地提高能源效率。減速時(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容典型的燃料電池汽車介紹

4）停車時(shí)怠速停車。自動(dòng)怠速停車系統(tǒng)將切斷從燃料電池輸送過來的輸出，以節(jié)省燃料消耗。系統(tǒng)在感應(yīng)到駕駛?cè)瞬倏v的起步信號(hào)后，可迅速由燃料電池和超級(jí)電容協(xié)同提供所需的動(dòng)力。停車時(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容典型的燃料電池汽車介紹

2.奔馳B級(jí)F-Cell燃料電池車在2005年的日內(nèi)瓦車展上，當(dāng)年的戴姆勒?克萊斯勒作為燃料電池驅(qū)動(dòng)的先行者，發(fā)布了新一代燃料電池汽車：奔馳B級(jí)燃料電池車。