第六章 燃料电池电动汽车PPT课件
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《燃料电池电动汽车》课件
采用直流或交流电动机，根据车 辆需求选择合适的功率和转速范 围。
变速器
02
03
控制系统
根据车辆行驶需求，配备适当的 变速器以调节电动机的转速和转 矩。
对电动机进行精确控制，实现车 辆的加速、减速和制动等操作， 确保驾驶安全。
03
燃料电池电动汽车的关 键技术
燃料电池技术
燃料电池技术是燃料电池电动 汽车的核心技术，它能够将氢 气和氧气通过化学反应转换成
燃料电池电动汽车
目录
• 燃料电池电动汽车简介 • 燃料电池电动汽车的工作原理 • 燃料电池电动汽车的关键技术 • 燃料电池电动汽车的应用与市场前景 • 结论
01
燃料电池电动汽车简介
燃料电池电动汽车的定义与特点
定义
燃料电池电动汽车是一种使用燃料电 池作为动力源的电动汽车，通过燃料 电池发电来驱动车辆行驶。
电机与电控技术的进步可以提高燃料电池电动汽车的效率和性
03
能，降低噪音和振动，提高乘坐舒适性。
04
燃料电池电动汽车的应 用与市场前景
燃料电池电动汽车的应用领域
城市客车
燃料电池电动汽车适合在 城市公交系统中使用，提 供零排放的公共交通方式 。
出租车
燃料电池电动汽车也可用 于城市出租车服务，减少 对环境的污染。
特点
燃料电池电动汽车具有高效、环保、 长续航里程等优点，同时相比传统燃 油车减少了尾气排放和噪音污染。
燃料电池电动汽车的发展历程
早期探索阶段
20世纪60年代开始，人们开始探 索燃料电池技术应用于汽车领域 ，但由于技术限制和成本问题，
进展缓慢。
研发阶段
20世纪90年代开始，各大汽车制 造商开始加大燃料电池电动汽车的 研发力度，取得了一些重要突破。
变速器
02
03
控制系统
根据车辆行驶需求，配备适当的 变速器以调节电动机的转速和转 矩。
对电动机进行精确控制，实现车 辆的加速、减速和制动等操作， 确保驾驶安全。
03
燃料电池电动汽车的关 键技术
燃料电池技术
燃料电池技术是燃料电池电动 汽车的核心技术，它能够将氢 气和氧气通过化学反应转换成
燃料电池电动汽车
目录
• 燃料电池电动汽车简介 • 燃料电池电动汽车的工作原理 • 燃料电池电动汽车的关键技术 • 燃料电池电动汽车的应用与市场前景 • 结论
01
燃料电池电动汽车简介
燃料电池电动汽车的定义与特点
定义
燃料电池电动汽车是一种使用燃料电 池作为动力源的电动汽车，通过燃料 电池发电来驱动车辆行驶。
电机与电控技术的进步可以提高燃料电池电动汽车的效率和性
03
能，降低噪音和振动，提高乘坐舒适性。
04
燃料电池电动汽车的应 用与市场前景
燃料电池电动汽车的应用领域
城市客车
燃料电池电动汽车适合在 城市公交系统中使用，提 供零排放的公共交通方式 。
出租车
燃料电池电动汽车也可用 于城市出租车服务，减少 对环境的污染。
特点
燃料电池电动汽车具有高效、环保、 长续航里程等优点，同时相比传统燃 油车减少了尾气排放和噪音污染。
燃料电池电动汽车的发展历程
早期探索阶段
20世纪60年代开始，人们开始探 索燃料电池技术应用于汽车领域 ，但由于技术限制和成本问题，
进展缓慢。
研发阶段
20世纪90年代开始，各大汽车制 造商开始加大燃料电池电动汽车的 研发力度，取得了一些重要突破。
第6章 燃料电池电动汽车PPT课件
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HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6.1 概述
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。
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。
新能源汽车技术 第 9 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
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。
新能源汽车技术 第 10 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
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。
新能源汽车技术 第 11 页
燃料电池+蓄电池十Байду номын сангаас级电容形式动力系统结构图
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HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6.1 概述
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。
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。
新能源汽车技术 第 9 页
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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。
新能源汽车技术 第 10 页
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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
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。
新能源汽车技术 第 11 页
燃料电池+蓄电池十Байду номын сангаас级电容形式动力系统结构图
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。
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
燃料电池汽车产业链示意图
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。
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。
新能源之燃料电池汽车-PPT文档资料
氢为燃料的燃料电池发动机系统
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
以氢气为燃料的FCEV的总布置基本结构模型
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2. 辅助动力源
在FCEV上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备 有辅助动力源。根据FCEV的设计方案不同，其所采 用的辅助动力源也有所不同，可以用蓄电池组、飞 轮储能器或超大容量电容器等共同组成双电源系统。
2.3 燃料电池电动汽车
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
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。
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
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
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃料电池发动 机、辅助动力源、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、 电动机和动力电控系统等组成。 1. 燃料电池发动机 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。只有这些辅助系统匹配恰当和正常运转， 才能保证燃料电池发动机正常运转。
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
以氢气为燃料的FCEV的总布置基本结构模型
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2. 辅助动力源
在FCEV上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备 有辅助动力源。根据FCEV的设计方案不同，其所采 用的辅助动力源也有所不同，可以用蓄电池组、飞 轮储能器或超大容量电容器等共同组成双电源系统。
2.3 燃料电池电动汽车
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
2.3.4 燃料电池电动汽车车型实例
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
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。
2.3.1 燃料电池电动汽车的类型
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
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
2.3.2 燃料电池电动汽车的结构原理
燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃料电池发动 机、辅助动力源、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、 电动机和动力电控系统等组成。 1. 燃料电池发动机 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。只有这些辅助系统匹配恰当和正常运转， 才能保证燃料电池发动机正常运转。
2.3.3 燃料电池电动汽车的特点
第六章 燃料电池电动汽车
第一节
概述
２. 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)的FCEV
燃料电池与辅助蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车的动力系统如图６-２ 所示。
第一节
概述
３. 燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)的FCEV
“燃料电池＋ 超级电容”的结构与“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、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。
(３)甲醇在废气重整法中的化学反应。 ①燃烧反应过程: ②重整反应过程: ③废气燃烧过程:
第二节 燃料电池电动汽车燃料系统
２)重整器的特点
(１)加速重整器的动态响应 (２)BrainBamett公司研发的汽油重整器，热效率达到85％，重整后的氢气含量约为50％， 含CO 约为0.5％，然后通过净化器将CO 的浓度降低到0.001％ ~0.005％，可用于新型质 子交换膜燃料电池中。 (３)在质子交换膜燃料电池中减少催化剂铂(Ｐｔ)的用量，提高催化剂的寿命，开发耐CO 的新型催化剂材料，可以提高重整器的效率和寿命，以及降低重整器成本。 ３. 氢气净化器
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６-３ 所示，该结构 也为串联式混合动力结构。
第一节
概述
目前燃料电池电动汽车动力系统的一般结构是ＦＣ ＋ Ｂ 组合，这是因为它具有以下 特点: (１)燃料电池单独或与动力电池共同提供持续功率，且在车辆起动、爬坡和加速等峰值 功率需求时，动力电池提供峰值功率。 (２)在车辆起步时相功率需求量不大时，蓄电池可以单独输出能量。 (３)蓄电池技术比较成熟，可以在一定程度上弥补燃料电池技术上的不足。
燃料电池汽车ppt课件
4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、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；长距离高速行驶省油效果不明显
3.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。
4.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。
研发新能源汽车的意义
为什么要发展新能源汽车
然选择。
--发展新能源汽车是当今世界的时代潮流和必
1.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.
2.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。
新能源汽车的分类：
纯电动汽车
混合动力汽车
燃料电池电动汽车
氢发动机汽车
纯电动汽车
纯电动汽车(BEV)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，从而推动汽车行驶。
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。
世界上第一辆蒸汽三轮车
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先驱。
戴姆勒设计的四冲程发动机
3.世界上第一辆汽车是由德国人卡尔·本茨（1844～1929）于1885年 10月研制成功的，一举奠定了汽车设计基调，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”。
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；长距离高速行驶省油效果不明显
3.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。
4.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。
研发新能源汽车的意义
为什么要发展新能源汽车
然选择。
--发展新能源汽车是当今世界的时代潮流和必
1.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.
2.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。
新能源汽车的分类：
纯电动汽车
混合动力汽车
燃料电池电动汽车
氢发动机汽车
纯电动汽车
纯电动汽车(BEV)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，从而推动汽车行驶。
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。
世界上第一辆蒸汽三轮车
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先驱。
戴姆勒设计的四冲程发动机
3.世界上第一辆汽车是由德国人卡尔·本茨（1844～1929）于1885年 10月研制成功的，一举奠定了汽车设计基调，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”。
燃料电池汽车PPT课件
2）使用配套不足
由于氢燃料的生产、储存、运输等都存在一定的安全隐患，因此加氢站等基础网络设 施建设相对落后，这制约着燃料电池汽车的推广。
3）需要配备辅助电池系统
燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收再生制动的反馈能量。通常在燃料电池汽 车上须增加辅助电池，来储存燃料电池富C裕HE的NL电I 能和在燃料电池汽车减速时接受再生6 制动时的能量。
碱性燃料电池结构图
CHENLI
10
引导问题5：各种燃料电池工作原理
3 磷酸燃料电池
✓ 磷酸燃料电池采用的是100%磷酸电解质， 其常温下是固体，相变温度是42℃。氢 气燃料被加入到阳极，在催化剂作用下 被氧化成为质子。氢质子和水结合成水 合质子，同时释放出两个自由电子。电 子向阴极运动，而水合质子通过磷酸电 解质向阴极移动，如下图所示。因此， 在阴极上，电子、水合质子和氧气在催 化剂的作用下生成水分子。
CHENLI
23
引导问题3：燃料电池汽车的主要功能总成有哪些？
2 辅助动力源
在FCEV上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备有辅助动力源。根据 FCEV的设计方案不同，其所采用的辅助动力源也有所不同，可以用蓄电 池组、飞轮储能器或超大容量电容器等共同组成双电源系统。在具有双 电源系统的FCEV上，驱动电动机的电源可以出现以下驱动模式。
✓ 相比其它燃料电池，甲醇燃料电池技术相对不够成熟，就当前的技术而言， 甲醇燃料电池功率密度较低、功率响应慢，且效率也较低，距离大规模应 用还有一段距离。
✓ 根据燃料电池的发展，质子交换膜燃料电池被认为最适合作为电动汽车采 用的燃料电池。
CHENLI
14
学习任务
1. 燃料电池汽车基础知识 2. 燃料电池汽车的工作原理与结构 3. 燃料电池汽车的实例
由于氢燃料的生产、储存、运输等都存在一定的安全隐患，因此加氢站等基础网络设 施建设相对落后，这制约着燃料电池汽车的推广。
3）需要配备辅助电池系统
燃料电池可以持续发电，但不能充电和回收再生制动的反馈能量。通常在燃料电池汽 车上须增加辅助电池，来储存燃料电池富C裕HE的NL电I 能和在燃料电池汽车减速时接受再生6 制动时的能量。
碱性燃料电池结构图
CHENLI
10
引导问题5：各种燃料电池工作原理
3 磷酸燃料电池
✓ 磷酸燃料电池采用的是100%磷酸电解质， 其常温下是固体，相变温度是42℃。氢 气燃料被加入到阳极，在催化剂作用下 被氧化成为质子。氢质子和水结合成水 合质子，同时释放出两个自由电子。电 子向阴极运动，而水合质子通过磷酸电 解质向阴极移动，如下图所示。因此， 在阴极上，电子、水合质子和氧气在催 化剂的作用下生成水分子。
CHENLI
23
引导问题3：燃料电池汽车的主要功能总成有哪些？
2 辅助动力源
在FCEV上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备有辅助动力源。根据 FCEV的设计方案不同，其所采用的辅助动力源也有所不同，可以用蓄电 池组、飞轮储能器或超大容量电容器等共同组成双电源系统。在具有双 电源系统的FCEV上，驱动电动机的电源可以出现以下驱动模式。
✓ 相比其它燃料电池，甲醇燃料电池技术相对不够成熟，就当前的技术而言， 甲醇燃料电池功率密度较低、功率响应慢，且效率也较低，距离大规模应 用还有一段距离。
✓ 根据燃料电池的发展，质子交换膜燃料电池被认为最适合作为电动汽车采 用的燃料电池。
CHENLI
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学习任务
1. 燃料电池汽车基础知识 2. 燃料电池汽车的工作原理与结构 3. 燃料电池汽车的实例
燃料电池电动汽车的基本组成和结构PPT精选文档
23
2、燃料电池控制策略
功能： 1）电动机的输出功率始终满足功率要求； 2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围； 3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。
24
2、燃料电池控制策略
1）停顿模式
燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供 给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。
2）制动模式
燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电 源依据制动系统运行特性吸收再生制动能 量。
线传操控系统
56
底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)
57
58
6、发展前景
59
谢谢大家！
每讲一帖
天下之难事，必作于易；天下 之大事，必作于细。
60
现代电动汽车技术
第四章
燃料电池车的基本组成和结构
1
主要内容 概述 燃料电池车的结构 燃料电池车的关键问题
2
一、概述
2002 年1 月9 日， 美国能源部宣布新的汽车研究 项目，FreedomCAR项目，长期目标是实现高效、价廉、 无污染：研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作 动力，不产生任何污染。该项目继续对电动汽车进行专 项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。
20
100.1
1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000
10000
身体电流 (mA)
对人体造成有害的生理影响的容许电流值为2mA~10mA
为此必须确保在任何情况下电系统的绝缘阻抗值＞100Ω/Ｖ
53
3、可靠性 4、供氢
（1）车载制氢 （2）车载纯氢
1）高压氢气储存 2）液态氢储存 3）金属氢化物储氢 4）活性炭吸附贮氢 5）碳纳米材料贮氢
阳极： 阴极： 电池总反应：
2、燃料电池控制策略
功能： 1）电动机的输出功率始终满足功率要求； 2）峰值电源的能级始终维持在最佳范围； 3）燃料电池系统运行在其最佳运行区。
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2、燃料电池控制策略
1）停顿模式
燃料电池系统和峰值电源都不向驱动系供 给功率，燃料电池系统可运行在空载状态。
2）制动模式
燃料电池系统运行在空载状态，而峰值电 源依据制动系统运行特性吸收再生制动能 量。
线传操控系统
56
底盘线传操纵控制技术（Hy-Wire概念车)
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58
6、发展前景
59
谢谢大家！
每讲一帖
天下之难事，必作于易；天下 之大事，必作于细。
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现代电动汽车技术
第四章
燃料电池车的基本组成和结构
1
主要内容 概述 燃料电池车的结构 燃料电池车的关键问题
2
一、概述
2002 年1 月9 日， 美国能源部宣布新的汽车研究 项目，FreedomCAR项目，长期目标是实现高效、价廉、 无污染：研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作 动力，不产生任何污染。该项目继续对电动汽车进行专 项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动汽车。
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100.1
1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000
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身体电流 (mA)
对人体造成有害的生理影响的容许电流值为2mA~10mA
为此必须确保在任何情况下电系统的绝缘阻抗值＞100Ω/Ｖ
53
3、可靠性 4、供氢
（1）车载制氢 （2）车载纯氢
1）高压氢气储存 2）液态氢储存 3）金属氢化物储氢 4）活性炭吸附贮氢 5）碳纳米材料贮氢
阳极： 阴极： 电池总反应：
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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６-３ 所示，该结构 也为串联式混合动力结构。
7
第一节 概述
目前燃料电池电动汽车动力系统的一般结构是ＦＣ ＋ Ｂ 组合，这是因为它具有以下 特点: (１)燃料电池单独或与动力电池共同提供持续功率，且在车辆起动、爬坡和加速等峰值 功率需求时，动力电池提供峰值功率。 (２)在车辆起步时相功率需求量不大时，蓄电池可以单独输出能量。 (３)蓄电池技术比较成熟，可以在一定程度上弥补燃料电池技术上的不足。
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。
(４)FCEC除排放达到零污染的要求外，动力性能要求基本达到或接近内燃机汽车的动
力性能的水平，性能稳定可靠。
(５)各种辅助技术装备的外形尺寸和辅助技术装备的质量应尽可能地减小，以符合
11
第一节 概述 ２. 重整燃料电池电动汽车
１)动力系统的构成 重整燃料电池电动汽车动力系统的基本组成如图６-７ 所示。
12
第一节 概述
２)重整燃料电池氢气产生的过程 (１)车载醇类制氢过程:醇类燃料(甲醇、乙醇、二甲醚等)的车载制氢过程大体相同，均 需经重整、变换、一氧化碳脱除等几个步骤。 以甲醇为燃料的车载制氢过程如图６-８ 所 示。
FCEV 的装车要求。
(６)燃料添加方便、迅速。 燃料电池能够方便地进行电极和催化剂的更换和修理。
(７)所配置的辅助电源，应能满足提供起动电能和储存制动反馈电能的要求。
16
第二节 燃料电池电动汽车燃料系统
二、以氢为燃料的燃料电池发动机系统
图６-１０ 为以氢气为燃料的燃料电池发动机系统。
17
第二节 燃料电池电动汽车燃料系统
“燃料电池＋ 超级电容”的结构与“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、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。
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
10
第一节 概述
３)驱动电动机 驱动电动机用于将电源所提供的电能转换为电磁转矩，并通过传动装置驱动车辆行驶。
４)电子控制系统 直接燃料电池电动汽车的电子控制系统包括燃料电池系统控制、ＤＣ/ ＤＣ 转换器控
制、辅助储能装置能量管理、电动机驱动控制及整车协调控制等控制功能，各控制功能模 块通过总线连接，如图６-６ 所示。
二、燃料电池电动汽车基本结构
燃料电池电动汽车动力系统的布置如图６-４ 所示。
8
第一节 概述 １. 直接燃料电池电动汽车
典型的直接燃料电池电动汽车动力系统的基本构成如图６-５ 所示。
9Hale Waihona Puke 第一节 概述１)燃料电池系统 燃料电池系统的核心是燃料电池堆，此外，还配备了氢气供给系统、氧气供给系统、
气体加湿系统、水循环及反应物生成处理系统等，用以确保燃料电池堆正常工作。
的 容器，不需要加压或冷藏。 但是，车载重整器制氢也存在着一些问题，主要有: (１)燃料电池系统起动时间较长，动态响应较慢。 当然，对于配备辅助蓄能装置的重整 燃料电池电动汽车来说，辅助蓄能装置可很好地解决这一问题。 (２)重整装置不仅需要复杂的控制过程，而且其体积和质量会减少车辆可利用的空间增 加更多的能量消耗。 (３)当制取的氢气纯度不高时，可能会使催化剂中毒并产生一些污染。
13
第一节 概述
(２)车载烃类制氢过程:烃类燃料(汽油、柴油、ＬＰＧ 及天然气等)制氢通常包括氧化重 整、高温变换、脱硫、低温变换、ＣＯ 净化及燃烧等过程。 以汽油为燃料的车载制氢过 程如图６-９ 所示。
14
第一节 概述
３)重整燃料电池电动汽车的优缺点 使用车载重整器制氢的燃料电池电动汽车，其主要优点是燃料存储方便，只需要普通
(１)氢气的储存方式有低温、高温液化氢，高压气态氢气和储氢合合储存的氢气。 (２)氧气供应系统的泵、管道、阀门和控制装置等，也需要与氢气储存装置具有相同的密 封性能。 氧气供应系统府能实现自动控制。 (３)产出物管理系统中主要是对水、热量的管理，水采用循环系统管理，热量用于预热和 暖气。 ( ４)电气系统包括动力ＤＣ/ ＤＣ 转换器、逆变器和各种控制开关等。
纯燃料电池驱动的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。 纯燃料电池驱动的电动汽车的动力系统如图６-１ 所示。
5
第一节 概述 ２. 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)的FCEV
燃料电池与辅助蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车的动力系统如图６-２ 所示。
6
第一节 概述 ３. 燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)的FCEV
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第二节 燃料电池电动汽车燃料系统
一、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~ 200
/ ｋｇ，比功率不低于300~ 400Ｗ/ 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
２)辅助蓄能装置 燃料电池电动汽车配备辅助蓄能装置的作用是:
(１)在燃料电池电动汽车起动时，由辅助蓄能装置提供电能带动燃料电池起动或带动车 辆起步； (２)在燃料电池电动汽车运行过程中，当燃料电池输出的电能大于车辆驱动所需的能量 时，辅助蓄能装置可用于储存燃料电池剩余的电能； (３)在燃料电池电动汽车加速和爬坡时，辅助蓄能装置可协助供电，以弥补燃料电池输 出功率的不足，使电动机获得足够的电能，产生满足车辆加速和爬坡所需的电磁转矩； (４)向车辆的各种电子设备、电器提供工作所需的电能； (５)在车辆制动时，将驱动电动机转换为发电机工作状态，将车辆的动能转换为电能，并 向辅助蓄能装置充电，以实现在车辆制动时的能量回收。
第六章 燃料电池电动汽车
1
第一节 概述 第二节 燃料电池电动汽车燃料系统 第三节 燃料电池电动汽车供氢系统 第四节 燃料电池电动汽车氢安全系统 第五节 燃料电池电动汽车的主要系统设计
2
2021/4/21
3
2021/4/21
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第一节 概述
一、燃料电池电动汽车分类
１. 纯燃料电池驱动(PFC)的FCEV
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第一节 概述
目前燃料电池电动汽车动力系统的一般结构是ＦＣ ＋ Ｂ 组合，这是因为它具有以下 特点: (１)燃料电池单独或与动力电池共同提供持续功率，且在车辆起动、爬坡和加速等峰值 功率需求时，动力电池提供峰值功率。 (２)在车辆起步时相功率需求量不大时，蓄电池可以单独输出能量。 (３)蓄电池技术比较成熟，可以在一定程度上弥补燃料电池技术上的不足。
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。
(４)FCEC除排放达到零污染的要求外，动力性能要求基本达到或接近内燃机汽车的动
力性能的水平，性能稳定可靠。
(５)各种辅助技术装备的外形尺寸和辅助技术装备的质量应尽可能地减小，以符合
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第一节 概述 ２. 重整燃料电池电动汽车
１)动力系统的构成 重整燃料电池电动汽车动力系统的基本组成如图６-７ 所示。
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第一节 概述
２)重整燃料电池氢气产生的过程 (１)车载醇类制氢过程:醇类燃料(甲醇、乙醇、二甲醚等)的车载制氢过程大体相同，均 需经重整、变换、一氧化碳脱除等几个步骤。 以甲醇为燃料的车载制氢过程如图６-８ 所 示。
FCEV 的装车要求。
(６)燃料添加方便、迅速。 燃料电池能够方便地进行电极和催化剂的更换和修理。
(７)所配置的辅助电源，应能满足提供起动电能和储存制动反馈电能的要求。
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第二节 燃料电池电动汽车燃料系统
二、以氢为燃料的燃料电池发动机系统
图６-１０ 为以氢气为燃料的燃料电池发动机系统。
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第二节 燃料电池电动汽车燃料系统
“燃料电池＋ 超级电容”的结构与“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、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。
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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第一节 概述
３)驱动电动机 驱动电动机用于将电源所提供的电能转换为电磁转矩，并通过传动装置驱动车辆行驶。
４)电子控制系统 直接燃料电池电动汽车的电子控制系统包括燃料电池系统控制、ＤＣ/ ＤＣ 转换器控
制、辅助储能装置能量管理、电动机驱动控制及整车协调控制等控制功能，各控制功能模 块通过总线连接，如图６-６ 所示。
二、燃料电池电动汽车基本结构
燃料电池电动汽车动力系统的布置如图６-４ 所示。
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第一节 概述 １. 直接燃料电池电动汽车
典型的直接燃料电池电动汽车动力系统的基本构成如图６-５ 所示。
9Hale Waihona Puke 第一节 概述１)燃料电池系统 燃料电池系统的核心是燃料电池堆，此外，还配备了氢气供给系统、氧气供给系统、
气体加湿系统、水循环及反应物生成处理系统等，用以确保燃料电池堆正常工作。
的 容器，不需要加压或冷藏。 但是，车载重整器制氢也存在着一些问题，主要有: (１)燃料电池系统起动时间较长，动态响应较慢。 当然，对于配备辅助蓄能装置的重整 燃料电池电动汽车来说，辅助蓄能装置可很好地解决这一问题。 (２)重整装置不仅需要复杂的控制过程，而且其体积和质量会减少车辆可利用的空间增 加更多的能量消耗。 (３)当制取的氢气纯度不高时，可能会使催化剂中毒并产生一些污染。
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第一节 概述
(２)车载烃类制氢过程:烃类燃料(汽油、柴油、ＬＰＧ 及天然气等)制氢通常包括氧化重 整、高温变换、脱硫、低温变换、ＣＯ 净化及燃烧等过程。 以汽油为燃料的车载制氢过 程如图６-９ 所示。
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第一节 概述
３)重整燃料电池电动汽车的优缺点 使用车载重整器制氢的燃料电池电动汽车，其主要优点是燃料存储方便，只需要普通
(１)氢气的储存方式有低温、高温液化氢，高压气态氢气和储氢合合储存的氢气。 (２)氧气供应系统的泵、管道、阀门和控制装置等，也需要与氢气储存装置具有相同的密 封性能。 氧气供应系统府能实现自动控制。 (３)产出物管理系统中主要是对水、热量的管理，水采用循环系统管理，热量用于预热和 暖气。 ( ４)电气系统包括动力ＤＣ/ ＤＣ 转换器、逆变器和各种控制开关等。
纯燃料电池驱动的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。 纯燃料电池驱动的电动汽车的动力系统如图６-１ 所示。
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第一节 概述 ２. 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)的FCEV
燃料电池与辅助蓄电池联合驱动的燃料电池电动汽车的动力系统如图６-２ 所示。
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第一节 概述 ３. 燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)的FCEV
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第二节 燃料电池电动汽车燃料系统
一、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~ 200
/ ｋｇ，比功率不低于300~ 400Ｗ/ 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
２)辅助蓄能装置 燃料电池电动汽车配备辅助蓄能装置的作用是:
(１)在燃料电池电动汽车起动时，由辅助蓄能装置提供电能带动燃料电池起动或带动车 辆起步； (２)在燃料电池电动汽车运行过程中，当燃料电池输出的电能大于车辆驱动所需的能量 时，辅助蓄能装置可用于储存燃料电池剩余的电能； (３)在燃料电池电动汽车加速和爬坡时，辅助蓄能装置可协助供电，以弥补燃料电池输 出功率的不足，使电动机获得足够的电能，产生满足车辆加速和爬坡所需的电磁转矩； (４)向车辆的各种电子设备、电器提供工作所需的电能； (５)在车辆制动时，将驱动电动机转换为发电机工作状态，将车辆的动能转换为电能，并 向辅助蓄能装置充电，以实现在车辆制动时的能量回收。
第六章 燃料电池电动汽车
1
第一节 概述 第二节 燃料电池电动汽车燃料系统 第三节 燃料电池电动汽车供氢系统 第四节 燃料电池电动汽车氢安全系统 第五节 燃料电池电动汽车的主要系统设计
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第一节 概述
一、燃料电池电动汽车分类
１. 纯燃料电池驱动(PFC)的FCEV