第6章燃料电池电动汽车
“燃料电池电动汽车”教案讲义
燃料电池具有如下缺点：
价格高 目前质子交换膜燃料电池的价格虽然
已有所降低，但是要达到30－50美元/kW 的目标还需要一段时间的努力。
贵金属催化剂 铂的用量虽然已降低，但是距0.1-
0.2mg/ 还有段距离。 燃料的限制
目前车用的燃料电池主要是质子交换 膜燃料电池，它们只能用纯氢作燃料。
燃料电池分类
目前有上车历史的燃料电池主要为以下三 种：
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC） 磷酸型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel
Cell，PAFC） 质子交换膜燃料电池(Proton Exchange
Membrane Fuel Cell, PEMFC)
AFC，PAFC，PEMFC三种 燃料电池的发展概况
燃料电池的发展趋势
燃料电池发展的第一课题是降低成本， 第二是选择材料，第三是提高性能。 降低成本主要是因为材料的价格很高。 车载用50kw系统仅氟高分子膜就要花费近 7400美元。另外， 在电池单元的电极中使用的白金催化剂也 是高成本的材料之一。50kw的系统中白金 催化剂就要花费将近5000美元。 燃料的选择：燃料采用氢后，重整器 部分的成本可以减免，系统得以简化。氢 的储存则采用储氢合金或者高压储气罐。
燃料电池
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂 中的化学能通过电极反应直接转化为电能 的发电装置。它平时将燃料（如氢气、甲 醇等）和氧化剂（如氧气）分别作为电池 两极的活性物质保存在电池的本体之外， 当使用时连续通入电池体内，使电池发电。 燃料电池本体由质子交换膜，膜电极， 集流板三部分组成。
燃料电池实质上是电化学反应发生器，它 的燃料主要是氢气。 反应机理是将燃料中 的化学能不经燃烧而直接转化为电能。电 化反应步骤为：经增湿后的氢气和氧气分 别进入阳极室和阴极室，经气体电极扩散 层扩散，到达催化层与质子交换膜的界面， 分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应。
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。
新能源汽车技术概论 第六章 纯电动汽车
主要内容
第一章 汽车与能源 第二章 新能源汽车产业发展 第三章 新能源汽车类型 第四章 电动汽车储能装置 第五章 电动汽车驱动电机及控制系统 第六章 纯电动汽车 第七章 燃料电池电动汽车 第八章 混合动力电动汽车 第九章 其他新能源汽车
第六章 纯电动汽车
主要内容
• 1.纯电动汽车概述 • 2. 纯电动汽车的驱动系统 • 3. 纯电动汽车的结构原理 • 4. 纯电动汽车的实例
按驱动电动机分类
• 直流电动机驱动 • 交流电动机驱动 • 永磁无刷电动机驱动 • 开关磁阻电动机驱动
二、纯电动汽车的驱动系统
M电动机；T传动装置；D差速器；G减速器；RM相互相反电动机 图6-3 电动汽车使用的动力传动系统
三.纯电动汽车的结构原理
纯电动汽车结构可分为三个子系统，即车载电源模块、电力驱 动主模块和辅助控制模块。
纯电动汽车的结构与原理
• 辅助模块 • 2、动力转向单元。转向装置是为实现汽车的转弯
而设置的，它由方向盘、转向器、转向机构和转向轮 等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向器和转 向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。 为提高驾驶员的操控性，现代汽车都采用了动力转向 ，较理想的是采用电子控制动力转向系EPS。电子控 制动力转向系主要有电控液力转向系和电控电动转向 系两类，对于纯电动汽车较适于选用电控电动转向系 。
北汽 ＥＶ２００纯电动汽车
• 北汽 ＥＶ２００电动汽车 的长、宽、高分别为 ４０ ２５ｍｍ、１７２０ｍｍ、１５０３ｍｍ，轴距达到 ２５００ｍｍ，整车质量为 １２９０ｋｇ。
电动汽车是高科技综合性产品，除电池、电动 机外，车体本身也包含很多高新技术，有些节能措 施比提高电池储能能力还易于实现。汽车车身特别 是汽车底部更加流线型化，可使汽车的空气阻力减 少50%。
第6章 燃料电池电动汽车
• （2）绿色环保 • （3）运行噪声低 • （4）续驶里程长 • （5）过载能力强 • （6）设计灵活方便
• 2.燃料电池电动汽车的缺点 • （1）燃料电池价格过高 • （2）燃料电池用氢的制备、储存困难 • （3）辅助设施不完善、建设成本本昂贵 • （4）起动时间长，系统抗振能力有待进一步提高
•6.2 燃料电池电动汽车的类型
• FCEV按“多电源”的配置不同，可分为纯燃料电池驱动(PFC)的 FCEV、燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)的FCEV、燃料电池与 超级电容联合驱动(FC+C)的FCEV、燃料电池与辅助蓄电池和超级电 容联合驱动(FC+B+C)的FCEV。
• 6.2.1 纯燃料电池驱动(PFC)的FCEV
• 6.2.4 燃 料 电 池 与 辅 助 蓄 电 池 和 超 级 电 容 联 合 驱 动 （FC+B+C）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如图 所示，该结构也为串联式混合动力结构。在该动力系统结构中，燃料电 池、蓄电池和超级电容一起为驱动电动机提供能量动电动机将电能转化 成机械能传给传动系统，从而驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电动 机变成发电机，蓄电池和超级电容将储存回馈的能量。
• 7．整车与动力系统的参数选择与优化设计 • 燃料电池汽车整车性能参数是整个燃料电池动力系统开发的信息来源，而虚 拟配置的动力系统的特性参数也影响整车性能。
• 目前参数设计主要借助于通用的或专用的仿真软件进行离线仿真，如 ADVISOR、EASY5、PSCAD、V2ELPH、FAHRSIM等。
• 为了实现虚拟模拟与真实部件的联系，必须建立实时仿真开发环境。 • 8．多能源动力系统的能量管理策略 • 目前的开发方式一般是借助仿真技术建立一个虚拟开发环境，对动力系统模 型进行合理简化，从理论分析的角度得到最优功率分配策略与能量源参数和工 况特征之间的解析关系，并从该关系出发定量地分析功率缓冲器特性参数对最 优功率分配策略的影响，为功率缓冲器的参数选择提供理论依据。
汽车底盘构造与原理 第6章 新能源汽车底盘的认识
•3．制动能量回收系统
• 制动能量回收是电动汽车与混合动力汽车重要技术之一，也是它们的重 要特点。在普通内燃机汽车上，当车辆减速、制动时，车辆的运动能量 通过制动系统而转变为热能，并向大气中释放。而在电动汽车与混合动 力汽车上，这种被浪费掉的运动能量已可通过制动能量回收技术转变为 电能并储存于蓄电池中，并进一步转化为驱动能量。例如，当车辆起步 或加速时，需要增大驱动力时，电机驱动力成为发动机的辅助动力，使 电能得到了有效应用。 •制动能量回收系统包括与车型相适配的发电机、蓄电池以及可以监视电 池电量的智能电池管理系统。制动能量回收系统回收车辆在制动或惯性 滑行中释放出的多余能量，并通过发电机将其转化为电能，再储存在蓄 电池中，用于之后的加速行驶。这个蓄电池还可为车内耗电设备供电， 降低对发动机的依赖、燃油消耗及二氧化碳排放。
•6.2.1 混合动力汽车传动系统
•混合动力分类的方式有三种。一种是根据有无外接充电电源区分，另一 种是根据混合度的不同分类，还有一种是根据结构特点分类。 •按能否外接电源进行充电分类，混合动力汽车分为插电式混合动力和非 插电式混合动力。 •按照我国汽车行业标准中对混合动力汽车的分类和定义，将混合动力汽 车按电动机峰值功率（电动机的瞬间最大功率）占发动机功率的百分比 分为微混、轻混、中混和重混。
4
•传动系统的基本作用是将发动机或电机的动力（转矩）按要求传 递到驱动轮上，使地面对驱动轮产生驱动力，汽车能够在起步、 变速及爬坡等工况下正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。 传动系统的组成因驱动形式和发动机（或电机）安装位置而异。 驱动形式是指发动机（或电机）布置方法及驱动轮的数量、布置 的形式。
•对于纯电动汽车由于没有发动机总成即没有了传统的真空源，仅由人力 所产生的制动力无法满足行车制动的需要，通常需要单独设计一个电动 真空泵来为真空助力器提供真空源。这个助力系统就是电动真空助力系 统，即EVP系统（Electric Vacuum Pump，电动真空助力）。电动真空 助力系统由真空泵、真空罐、真空泵控制器（后期集成到VCU整车控制 器里）以及与传统汽车相同的真空助力器、12V电源组成。
燃料电池电动汽车原理与技术 第六章 燃料电池电动汽车热管理系统
6.1 燃料电池发动机热管理 温度对燃料电池的影响：
燃料电池汽车产业链示意图
6.1.1 燃料电池热管理系统的结构 燃料电池热管理系统的布置方式对热管理的控制方式和控制效果有着非常重要的影响，传统的燃
料电池系统结构主要由电堆、循环水泵、散热器、补偿水箱、冷却水管、节温器、去离子器等。其中水 泵负责冷却管路内冷却液循环；节温器是用来控制冷却系统的大小循环；散热器是冷却液与外界环境热 交换的装置；去离子器是降低冷却液电导率的装置。
6.4.1 整车热管理系统目标
整车热管理是从整车角度统筹车辆发动机、空调、电池、电机等相关部件及子系统相关匹配、优化 与控制，有效解决整车热相关问题，使得各功能模块处于最佳温度工况区间，提高整车经济性和动力 性，保证车辆安全行驶。
整车热管理系统的目标： 安全：更好的机舱热保护，防止机舱自燃，电池热失控、电机退磁等；优化电池、电机冷却策略， 提高整车安全性能；满足除霜除雾安全法规需要。 节能：降低热管系统能耗、提高纯电续驶里程；减少机舱进气，降低风阻；优化发动机本体热保护， 降低油耗；发动机进气保护，获得更好的油耗经济性。 经济：优化冷却模式，降低冷却模块成本。 耐久：合理的温度管理，防止零部件过高出现性能衰退。 舒适：更好的冷却系统，提高空调降温、采暖性能，提供更好的乘员舱舒适性。
压气态
水泵
包
阀、蒸发器、电池热交换器、储液罐、管路和控制
循环
膨胀阀 膨胀阀
系统组成，制冷剂在循环流动过程中的相变过程实 现热量的转移。
储液干燥剂
中温高压混合态
双蒸发器空调 – 动力电池冷却系统原理图
6.4 整车热管理系统性能测试评价
燃料电池汽车整车热管理测试评价是整车开发及应用过程中的重要一环，由于所涉及到 的部件目前仍处于技术初始阶段，因此其体系目前还在发展和完善过程中，因此燃料电池汽 车的整车热管理系统测试评价重点结合了传统汽车和新能源纯电动汽车的国内外标准及发表 的研究成果来进行对标，完成燃料电池整车热管理的测试评价。
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。
燃料电池电动汽车示范运行读书笔记
《燃料电池电动汽车示范运行》读书笔记目录一、内容概括 (2)二、燃料电池电动汽车技术概述 (3)1. 燃料电池基本原理 (4)2. 燃料电池电动汽车技术特点 (5)3. 燃料电池电动汽车主要技术路线 (7)三、示范运行实施过程 (8)1. 示范运行区域选择 (9)2. 示范运行车辆选择 (10)3. 运行数据收集与分析方法 (12)四、示范运行结果分析 (13)1. 运行效率分析 (15)2. 节能环保效益分析 (16)3. 技术可靠性分析 (17)4. 用户反馈与接受度分析 (19)五、燃料电池电动汽车面临的挑战与前景展望 (20)1. 当前面临的挑战 (21)2. 技术发展趋势 (22)3. 政策与市场前景展望 (23)六、结语 (25)1. 对燃料电池电动汽车技术的认识深化 (26)2. 示范运行对实际应用的启示 (27)3. 对未来工作的展望与建议 (28)一、内容概括《燃料电池电动汽车示范运行》是一本关于燃料电池电动汽车技术发展的专业书籍，旨在为读者提供燃料电池电动汽车的相关知识、技术和实践经验。
本书从燃料电池电动汽车的基本原理、关键技术、系统集成、示范运行等方面进行了全面系统的阐述，为我国燃料电池电动汽车的发展提供了有力的理论支持和技术指导。
本书首先介绍了燃料电池电动汽车的基本概念、特点和优势，分析了其在能源、环保、经济等方面的应用价值。
对燃料电池电动汽车的关键技术进行了深入剖析，包括燃料电池系统、电堆、氢气供应系统、动力总成系统等方面的技术原理和发展趋势。
在此基础上，本书还详细介绍了燃料电池电动汽车的系统集成方法和优化策略，以及示范运行中的关键问题和解决方案。
本书还关注了燃料电池电动汽车在我国的政策环境、产业布局、市场前景等方面的研究，为政府、企业和科研机构制定相关政策和技术路线提供了参考依据。
本书还对燃料电池电动汽车的未来发展趋势进行了展望，提出了一些具有前瞻性的思考和建议。
《燃料电池电动汽车示范运行》一书具有很高的学术价值和实用价值，对于推动我国燃料电池电动汽车领域的技术创新和产业发展具有重要意义。
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
燃料电池+蓄电池十超级电容形式动力系统结构图
超级电容 燃料电池系统
蓄电池
驱动电动机
传动系
4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容 联合驱动的FCEV
这种结构的优点相比燃料电池+蓄电池的结 构形式的优点更加明显，尤其是在部件效率， 动态特性，制动能量回馈等方面。而其缺点也 一样更加明显： （1）增加了超级电容，系统质量将可能增加； （2）系统更加复杂化，系统控制和整体布置的
新能源汽车技术 第 3 页
1．纯燃料电池驱动的FCEV
纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源， 汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。
燃料电池系统
驱动电动机
传动系
新能源汽车技术 第 4 页
1．纯燃料电池驱动的FCEV
优点：
（1）结构简单，便于实现系统控制和整体布置； （2）系统部件少，有利于整车的轻量化； （3）较少的部件使得整体的能量传递效率高。 缺点： （1）燃料电池功率大、成本高； （2）对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了
很高的要求； （3）不能进行制动能量回收。
新能源汽车技术 第 5 页
2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
该结构为一典型的串联式混合动力结构。 在该动力系统结构中，燃料电池和蓄电池一 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，从而驱动汽车前进； 在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电 池将储存回馈的能量。
5．整车布置
燃料电池汽车在整车布置上存在以下关键问 题：
➢ 燃料电池发动机及电机的相关布置 ➢ 动力电池组的车身布置、氢气瓶的安全布置 ➢ 高压电安全系统的车身布置问题。
这些核心部件的布置，不仅要考虑布置 方案的优化及零部件性能实现的便利，还要 求相关方案必须考虑传统汽车不具备的安全 性问题。
燃料电池电动汽车安全要求
燃料电池电动汽车安全要求燃料电池电动汽车，是利用氢气等燃料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。
燃料电池电动汽车的安全性要求极高，以下是燃料电池电动汽车安全要求相关规定。
一、安全要求（一）整车安全要求1.整车氢气排放根据怠速热机状态氢气排放章节规定的试验方法进行测试，在进行正常操作(包括启动和停机)时，任意连续3s内的平均氢气体积浓度应不超过4%，且瞬时氢气体积浓度不超过8%。
2.整车氢气泄漏（1）车内要求1）氢系统泄或渗透的氢燃料,不应直接排到乘客舱、行李舱/货舱，或者车辆中任何有潜在火源风险的封闭空间或半封闭空间。
2）在安装氢系统的封闭或半封闭的空间上方的适当位置，应至少安装一个氢气泄漏探测传感器，能实时检测氢气的浓度，并将信号传递给气泄漏报警装置。
3）在驾驶员容易识别的区域应安装氢气泄漏报警提醒装置,泄浓度与警告信号的级别由制造商根据车辆的使用环境和要求决定。
4）当封闭空间或半封闭空间中氢气体积浓度达到或超过2.0%±1.0%时，应发出警告。
5）当封闭空间或半封闭空间中氢气体积浓度达到或超过3.0%±1.0%时，应立即自动关断氢气供应,如果车辆装有多个储氢气瓶，允许仅关断有氢泄漏部分的氢气供应。
6）当氢气泄漏探测传感器发生故障时，如信号中断、断路、短路等，应能向驾驶员发出故障警告信号。
（2）车外要求对于M类车辆，在密闭空间内进行氢泄漏试验，应满足任意时刻测得的氢气体积浓度不超过1%。
3.氢气低剩余量提醒指示储氢气瓶氢气压力或氢气剩余量的仪表应安装在驾驶员易于观察的区域,如果氢气的压力或剩余量影响到车辆的行驶,应通过一个明显的信号（例如：声或光信号）装置向驾驶员发出提示。
4.电安全要求燃料电池电动汽车电安全应电动汽车安全要求的规定。
（二）系统安全要求1.储氢气瓶和管路要求（1）安装位置要求管路接头不应位于完全密封的空间内。
燃料电池电动汽车的工作原理
燃料电池电动汽车的工作原理
燃料电池电动汽车是一种利用燃料电池作为能量来源，将氢气与氧气化学反应产生电能，驱动电机驱动汽车运行的车辆。
其工作原理如下：
1. 燃料供应：燃料电池电动汽车的关键是供应足够的氢气燃料。
氢气一般通过氢气储罐储存，并且可以通过加氢站或电解水等方式进行补充。
2. 燃料电池：燃料电池是将氢气和氧气进行化学反应，产生水和电能的装置。
这通常是通过聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）实现的。
在 PEMFC 中，氢气通过阳极（负极）
进入电解质膜，并且在电解质膜上发生氧化反应，释放电子。
电子通过外部电路流动，产生电流，为电动车提供动力。
氢气的过剩部分与来自氧气电极的氧气在阴极（正极）上发生还原反应，生成水。
3. 汽车驱动：电能由 PEMFC 产生后，通过控制器传输给驱动
电机。
驱动电机通过电能转换为机械能，推动汽车运行。
4. 辅助系统：燃料电池电动汽车还需要辅助系统来提供汽车运行所需的其他功能，例如电池组或超级电容器来存储与放出冲刺功率，车身电路以及电子控制单元等。
总体来说，燃料电池电动汽车利用燃料电池将氢气与氧气进行化学反应，产生电能，并通过驱动电机驱动汽车运行，从而实现零排放的环保出行。
燃料电池电动汽车的工作原理和组成
燃料电池电动汽车的工作原理和组成燃料电池电动汽车作为新能源汽车的一种，其工作原理和组成是怎样的呢？下面将从工作原理和组成两个方面进行详细介绍。
一、工作原理1. 氢气和氧气的电化学反应燃料电池电动汽车的核心是燃料电池，其工作原理是利用氢气和氧气在电化学反应过程中产生电能。
在燃料电池内部，氢气从阴极一侧进入，氧气从阳极一侧进入，两者在电解质膜上发生化学反应，产生水和电能，因此也被称为氢气电池。
2. 电能转化为动力燃料电池产生的电能经过电控系统，转化为汽车所需的动力，驱动电动汽车行驶。
二、组成结构1. 燃料电池系统燃料电池系统包括燃料电池堆、氢气储存罐、氧气供应系统等组成部分。
其中，燃料电池堆是最核心的部件，由多个单个燃料电池组成，通过将氢气和氧气输入到电解质膜上，产生电能。
2. 电控系统电控系统是燃料电池电动汽车的大脑，负责控制燃料电池系统的运行和管理。
它通过各种传感器实时监测燃料电池的工作状态，并根据车速、踏板行程等信息来控制燃料电池系统的输出。
3. 电池除了燃料电池之外，燃料电池电动汽车还配备了锂电池等储能设备。
这些电池主要用于存储制动能量回收等过程中产生的电能，以及在起步、加速等高功率场景下提供额外动力。
4. 电动驱动系统电动驱动系统包括电动机、变速箱和传动装置等部件，负责将燃料电池产生的电能转化为汽车的动力，驱动车辆前进。
5. 氢气储存和氢气供应系统燃料电池电动汽车的氢气储存和供应系统是汽车能否正常工作的关键。
氢气储存罐主要用于储存氢气，而氢气供应系统则负责将储存罐中的氢气输送到燃料电池堆中进行反应。
以上就是关于燃料电池电动汽车的工作原理和组成的详细介绍。
通过以上介绍，可以看出燃料电池电动汽车是利用氢气和氧气进行电化学反应产生电能，再将电能转化为动力驱动汽车行驶的新型环保能源汽车。
希望通过全社会的努力，未来燃料电池电动汽车能够更加普及，为环境保护事业贡献力量。
燃料电池电动汽车的工作原理和组成是众多科学家和工程师们多年努力研究和发展的成果。
《新能源汽车技术》——06 燃料电池电动汽车
1
燃料电池电动汽车概述
2 燃料电池电动汽车的结构与原理
3 燃料电池电动汽车关键技术
4 燃料电池电动汽车实例及性能分析
17
第三节 燃料电池电动汽车关键技术
燃 燃料电池系统 料 电 车载储氢系统 池 车载蓄电系统 电 动 电动机及其控制技术 汽 整车布置 车 关 整车热管理 键 整车与动力系统的参数选择与优化设计 技 术 多能源动力系统的能量管理策略
24
4.3 奔驰B级F-CELL燃料电池车
梅赛德斯-奔驰首款量产燃料电池 车首批200辆小规模量产的B 级燃料电 池车，在2011年年初起逐渐交付欧洲和 美国的客户。B级燃料电池车的核心技 术是新一代燃料电池驱动系统，这种燃 料电池尺寸紧凑、动力强劲、使用安全， 且完全适用于日常使用。燃料电池能够 在行车过程中产生电力，而产生的唯一 排放物质是水，实现了绝对的零排放零 污染。
车载蓄电 系统 3
车载蓄电系统包括铅酸蓄电 池、镍-氢电池、锂离子电池 等蓄电池及超级电容、飞轮电 池等。
19
燃料电池系 统 4
驱动电动机是燃料电池电动 汽车的心脏，正向大功率、高 转速、高效率和小型化方向发 展。
车载储氢系 统 5
然料电池电动汽车在整车布 置上有以下关键问题： 燃料电池及电动机的相关
02 并联式燃料电池电动汽车
并联式燃料电池电动汽车动力系统由燃料电池和蓄电池共同向电动 机提供电力。并联式燃料电池电动汽车可分为大燃料电池型电动汽车 和小燃料电池型电动汽车，分类依据为燃料电池与蓄电池能量大小配 置不同。
5
1.1 燃料电直接燃料电池电动汽车
直接燃料电池电动汽车的燃料主要是纯氢，也可以用甲醇等作为燃 料。直接燃料电池电动汽车的燃料排放无污染，被认为是最理想的 汽车，但存在氢的制取和存储困难等特点。
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
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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
燃料电池电动汽车 车载氢系统 试验方法(第 1 号修改单)
燃料电池电动汽车车载氢系统试验方法(第 1 号修改单)【最新版6篇】目录（篇1）1.燃料电池电动汽车的概述2.车载氢系统的重要性3.试验方法的背景和目的4.试验方法的具体内容5.试验方法的应用和展望正文（篇1）一、燃料电池电动汽车的概述燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicles，简称 FCVs）是一种采用氢气作为燃料，通过燃料电池将氢气与氧气进行化学反应产生电能，驱动电动机进行行驶的新能源汽车。
与传统的内燃机汽车相比，燃料电池电动汽车具有零排放、低噪音、高能量转化效率等优点，被认为是未来新能源汽车的发展方向。
二、车载氢系统的重要性燃料电池电动汽车的动力来源是氢气，而氢气本身具有易爆、易挥发的特性，因此车载氢系统的安全性至关重要。
车载氢系统主要包括氢气的储存、输送、控制和安全监测等部分，是燃料电池电动汽车的关键组成部分。
三、试验方法的背景和目的为了确保燃料电池电动汽车车载氢系统的安全性能，需要对其进行严格的试验和检测。
试验方法（第 1 号修改单）旨在为燃料电池电动汽车车载氢系统提供一套统一、科学的试验方法和技术要求，以指导企业进行产品研发和生产，同时为政府部门提供监管依据。
四、试验方法的具体内容试验方法（第 1 号修改单）主要包括以下几个方面：1.氢气储存罐的试验：包括氢气储存罐的密封性能、耐压性能、泄漏检测等试验。
2.氢气输送系统的试验：包括氢气输送管道的耐压性能、泄漏检测、氢气流量控制等试验。
3.氢气控制系统的试验：包括氢气控制系统的控制精度、响应速度、故障诊断等试验。
4.氢气安全监测系统的试验：包括氢气浓度监测、温度监测、压力监测等试验。
五、试验方法的应用和展望试验方法（第 1 号修改单）为燃料电池电动汽车车载氢系统的研发、生产和应用提供了重要的技术支持。
随着我国氢能产业的快速发展，燃料电池电动汽车将逐渐成为新能源汽车市场的重要组成部分。
目录（篇2）1.燃料电池电动汽车的发展背景和优势2.车载氢系统的安全性问题3.联合国欧洲经济委员会的专项工作组和全球技术法规 gtr4.燃料电池电动汽车车载氢系统试验方法的重要性5.结论：燃料电池电动汽车的发展前景和挑战正文（篇2）一、燃料电池电动汽车的发展背景和优势随着环境污染问题日益严重，新能源汽车逐渐成为人们关注的焦点。
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在FCEV所采用的燃料电池发动机中，为保证 PEMFC组的正常工作，除以PEMFC组为核心外，还 装有氢气供给系统、氧气供给系统、气体加湿系统、 反应生成物的处理系统、冷却系统和电能转换系统等。
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6.1.3 燃料电池电动汽车对燃料电池的基本要求
（1）燃料电池的比能量不低于150～200Wh /kg, 比 功率不低于300～400 W/kg。要求达到或超过美国 先进电池联合体（USABC）所提出的电池性能和使 用寿命的指标。 （2）可以在- 20 ℃的条件下起动和工作, 有可靠的安 全性和密封性, 不会发生燃料气体的结冰和燃料气体 的泄漏。 （3）各种结构件有足够的强度和可靠性, 可以在负荷 变化情况下正常运转。并能够耐受FCEV行驶时的振 动和冲击。
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燃料电池+蓄电池十超级电容形式动力系统结构图
超级电容 燃料电池系统
蓄电池
驱动电动机
传动系
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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
这种结构的优点相比燃料电池+蓄电池的结 构形式的优点更加明显，尤其是在部件效率， 动态特性，制动能量回馈等方面。而其缺点也 一样更加明显： （1）增加了超级电容，系统质量将可能增加； （2）系统更加复杂化，系统控制和整体布置的
难度也随之增大。
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6.1.2 燃料电池电动汽车的特点
1.燃料电池汽车的优点： （1）效率高：可以达到30%以上； （2）续驶里程长； （3）绿色环保：生成物只有水，属于零排放； （4）过载能力强； （5）低噪音：运行过程中噪音和振动都较小； （6）设计方便灵活。
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6．整车热管理
（1）燃料电池发动机自身的运行温度为60~70℃左 右，实际的散热系统工作温度大致可以控制在60℃， 必须依赖整车动力系统提供额外的冷却动力为系统 散热，因此二者之间的平衡将是在热管理开发方面 必须关注的； （2）目前整车各零部件的体积留给整车布置回旋的 余地很小，造成散热系统设计的改良空间不大，无 法采用通用的解决方案应对，必须开发专用的零部 件。
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。
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。
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8．多能源动力系统的能量管理策略
能量管理策略对燃料经济性影响很大，且受到 动力系统参数和行驶工况的双重影响。
完成能量管理策略的工况适应性开发后，其核 心问题转变为功率分配优化，当然还必须考虑一些 限制条件。按照是否考虑这些变量的历史状态，可 以把功率分配策略分为瞬时与非瞬时策略两大类。
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第6章 燃料电池电动汽车
6.1 概述 6.2 燃料电池电动汽车的基本结构 6.3 燃料电池电动汽车的传动系统 6.4 燃料电池电动汽车车型实例
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6.1 概述
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6.2 燃料电池电动汽车的基本结构
目前燃料电池电动汽车绝大多数采用的是混合 式燃料电池驱动系统，并联式和串联式两种。
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串联式
并联式
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2．车载储氢系统
储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键。 目前，常见的车载储氢系统有高压储氢、低温储存 液氢和金属氢化物储氢三种基本方案。
如何有效减小储氢系统的质量与体积，是车载 储氢技术开发的重点。一个比较理想的方案是，采 用储氢材料与高压储氢复合的车载储氢新模式。
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FCEV结构
燃料电池系统 蓄电池
驱动电动机
传动系
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2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
优点：
（1）由于增加了比功率价格相对低廉得多的蓄电池 组，系统对燃料电池的功率要求较纯燃料电池结构 形式有很大的降低，从而大大地降低了整车成本；
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4．电机及其控制技术
驱动电机是燃料电池电动汽车的心脏，它正向着 大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。当前驱 动电机主要有感应电动机和永磁无刷电动机，永磁无 刷电动机具有较高的功率密度和效率、体积小、惯性 低和响应快等优点，在电动汽车方面有着广阔地应用 前景。
1.以氢为燃料的燃料电池发动机系统
（1）氢气供应、管理和回收系统 气态氢的储存装置通常用高压储气瓶来装载。
液态氢气虽然比能量高于气态氢，由于液态氢气是 处于高压状态，不但需要用高压储气瓶储存，还要 用低温保温装置来保持低温，低温的保温装置是一 套复杂的系统。 （2）氧气供应和管理系统
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。
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6.1.1 燃料电池电动汽车的类型
FCEV按“多电源”的配置不同，可分为 （1）纯燃料电池驱动（PFC）的FCEV； （2）燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的
FCEV； （3）燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的
FCEV； （4）燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动
（FC+B+C）的FCEV。
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1．纯燃料电池驱动的FCEV
纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源， 汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。
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2.燃料电池电动汽车的主要缺点
（1）燃料电池汽车的制造成本和使用成本过高 （2）辅助设备复杂，且质量和体积较大 （3）起动时间长，系统抗振能力有待进一步提高
采用氢气为燃料的FCEV起动时间一般需要3分 多钟，而采用甲醇或者汽油重整技术的FCEV则长达 10多分钟，比起内燃机汽车起动的时间长得多，影 响其机动性能。
燃料电池系统
驱动电动机
传动系
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1．纯燃料电池驱动的FCEV
优点： （1）结构简单，便于实现系统控制和整体布置； （2）系统部件少，有利于整车的轻量化； （3）较少的部件使得整体的能量传递效率高。
缺点： （1）燃料电池功率大、成本高； （2）对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了 很高的要求； （3）不能进行制动能量回收。
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。
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6.1.4 燃料电池电动汽车的关键技术
1．燃料电池系统 燃料电池是燃料电池汽车发展的最关键技术之
一。燃料电池堆技术发展趋势可用耐久性、低温启动 温度、净输出比功率以及制造成本四个要素来评判。
降低成本也是燃料电池堆研究的目标，控制成 本的有效手段是减少材料费(电催化剂、电解质膜、 双极板等)，降低加工费(膜电极制作、双极板加工和 系统装配等)。
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HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOG下关键问 题：
燃料电池发动机及电机的相关布置 动力电池组的车身布置、氢气瓶的安全布置 高压电安全系统的车身布置问题。
这些核心部件的布置，不仅要考虑布置 方案的优化及零部件性能实现的便利，还要 求相关方案必须考虑传统汽车不具备的安全 性问题。
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