燃料电池电动汽车
《燃料电池电动汽车》课件
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。
燃料电池汽车概论.
燃料电池汽车概论一、燃料电池汽车的特点燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能的。
燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。
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，满足车辆使用的要求。
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污染。
3、降低了温室气体的排放。
4、提高了燃油经济性。
5、提高了发动机燃烧效率。
6、运行平稳、无噪声。
二、燃料电池的工作原理三、燃料电池电动汽车的现状与发展燃料电池以其特有的燃料效率高、比能量大、比功率大、供电时间长、使用寿命长、可靠性高、噪声低及不产生有害排放物NO2等优点正在引起世界各国的注意。
与内燃机汽车相比，氢燃料电池电动汽车有害气体的排放量减少99%，CO2的生成量减少75%，电池能量转换效率约为内燃机效率的2.5倍。
这种电池将有可能成为继内燃机之后的汽车最佳动力源之一。
近年来一些厂家，如戴姆勒-克莱斯勒、丰田、通用、本田、日产、福特等公司都开发了自己的燃料电池电动汽车(FCEV)。
汽车界人士认为FCEV是汽车工业的一大革命，是21世纪真正的纯绿色环保车，是最具实际意义的环保车种。
1.燃料电池电动汽车的发展慨况20世纪60年代和70年代，美国首先将燃料电池用于航天，作为航天飞机的主要电源。
此后，美国等西方各国将燃料电池的研究转向民用发电和作为汽车、潜艇等的动力源。
世界各著名汽车公司相继投入较多的人力和物力，开展燃料电池电动汽车的开发研究。
在北美，各大汽车公司加入了美国政府支持的国际燃料电池联盟，各公司分别承担相应的任务，生产以新的燃料电池作动力的汽车。
“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。
我国燃料电池汽车的发展状况及前景
我国燃料电池汽车的发展状况及前景简介燃料电池汽车是一种以氢气和氧气为燃料，通过化学反应产生电能驱动电动机的车辆。
由于其零排放、高效能以及短时间内可实现加油/充电等特点，燃料电池汽车备受关注并被视为未来汽车产业的发展方向之一。
现状与发展技术进步随着技术的不断进步，我国的燃料电池汽车产业取得了长足的发展。
目前，我国已经形成了包括整车制造、燃料电池堆制造、电控系统制造等完整的产业链。
许多国内车企和科研机构也加大了燃料电池汽车研发和生产的投入。
政策支持为了推动燃料电池汽车的发展，我国政府出台了一系列的政策措施，包括财政补贴、免征车辆购置税等，以促进市场需求和加速产业发展。
政策的出台为燃料电池汽车提供了良好的发展环境。
市场前景在环保意识的提高和能源结构调整的背景下，燃料电池汽车市场有着广阔的前景。
预计未来几年内，燃料电池汽车将逐渐普及并融入日常交通中。
同时，随着技术的进一步成熟和成本的降低，燃料电池汽车的市场份额也将不断增加。
挑战与展望基础设施建设燃料电池汽车的发展面临着基础设施建设不完善的挑战。
目前，氢气的生产、储存和加注设施还相对薄弱，需要进一步增加相关设施的投资和建设。
成本与技术相比传统燃油汽车和电动汽车，燃料电池汽车的成本和技术难度较高。
如何降低燃料电池的制造成本、提高电池堆的寿命以及增加车辆续航里程等都是亟待解决的问题。
国际竞争全球范围内，燃料电池汽车领域竞争激烈。
为了在国际市场上占据一席之地，我国燃料电池汽车产业需要进一步加强技术研发，提高产品质量和竞争力。
结论总体来说，我国燃料电池汽车产业在技术、政策和市场等方面都取得了积极进展。
虽然面临一些挑战，但燃料电池汽车作为一种清洁能源驱动的交通工具，具备广阔的发展前景。
通过持续的技术创新、政策支持和市场培育，我国燃料电池汽车产业有望取得更大的成就。
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。
简述燃料电池汽车的工作原理
简述燃料电池汽车的工作原理燃料电池汽车是一种使用燃料电池作为动力来源的汽车，其工作原理涉及化学、电学和机械学等多个领域。
下面将对燃料电池汽车的工作原理进行详细阐述。
一、燃料电池系统组成燃料电池系统主要由燃料电池堆、氢气供应系统、氧气供应系统、热管理系统和控制系统等组成。
1.燃料电池堆：由多个单体燃料电池组成，负责将氢气和氧气通过电化学反应转化为电能和热能。
2.氢气供应系统：包括氢气储存罐、氢气调压阀和氢气循环泵等，负责将高压氢气从储存罐输送至燃料电池堆。
3.氧气供应系统：通常由空气滤清器、空气压缩机和氧气循环泵等组成，负责将空气中的氧气输送至燃料电池堆。
4.热管理系统：包括散热器、冷却水泵和冷却风扇等，负责将燃料电池产生的热能散发出去，保持燃料电池堆的正常工作温度。
5.控制系统：由传感器、控制器和执行器等组成，负责监控燃料电池系统的工作状态，并根据需要调整系统的工作参数。
二、电化学反应过程燃料电池汽车的工作原理主要基于电化学反应。
在燃料电池堆中，氢气和氧气通过质子交换膜（PEM）进行电化学反应，生成水和电能。
具体反应过程如下：1.氢气通过燃料电池堆的阳极进入，与催化剂（通常为铂）接触后发生氧化反应，失去电子并生成质子（H+）和电子（e-）。
这个过程释放出一定的热能。
2.质子通过质子交换膜从阳极传递到阴极，而电子则通过外部电路从阳极流向阴极，形成电流，为电动机提供电能。
3.在阴极侧，氧气与从阳极传递过来的质子和电子发生还原反应，生成水并释放出热能。
这个过程也释放出一定的电能。
4.热管理系统将燃料电池产生的热能散发出去，以保持燃料电池堆的正常工作温度。
同时，控制系统根据传感器监测到的数据调整氢气供应、氧气供应和电流输出等参数，确保燃料电池系统高效稳定地工作。
三、电动机驱动系统燃料电池汽车的动力输出主要通过电动机实现。
电动机将燃料电池提供的电能转化为机械能，驱动车轮转动。
电动机的类型包括直流电动机、交流感应电动机和永磁同步电动机等。
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成
简述燃料电池电动汽车动力系统的组成燃料电池电动汽车动力系统由燃料电池发电机、变速箱、电动机驱动器、主动安全装置、电控系统和电池组组成。
燃料电池发电机是燃料电池电动汽车动力系统的核心，它可以根据汽车的动力需求，将氢气产生的电能转换成可以驱动汽车的电能。
变速箱是汽车变速系统的一部分，它可以根据汽车的驾驶状态进行调节，以确保有效利用电池发出的动力。
电动机驱动器是将燃料电池发电机实现汽车驱动的重要部件，它可以将电能转换成机械动力，从而使汽车发动机输出更大的动力。
主动安全装置负责确保汽车的行驶安全，它可以检测汽车油门位置，以及汽车转速和实时的行驶速度，以便及时调整汽车的动力输出，避免发生意外情况。
电控系统是汽车动力系统的重要部分，它可以根据驾驶者的操作，控制燃料电池的动力输出，以及汽车发动机的驱动方式，确保汽车行驶安全可靠。
电池组是汽车电源的重要部件，它可以储存最大限度的电能，并由电控系统控制充放电，以提供汽车持续的行驶动力。
新能源汽车燃料电池汽车
项目三 其他新能源汽车相关学习任务学习任务9 燃料电池汽车学习任务10 气体代燃料汽车学习任务11 液体代燃料汽车学习任务12 其他清洁能源汽车项目三 其他新能源汽车学习任务9 燃料电池汽车【任务引入】燃料电池汽车（FCV）是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。
车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。
与通常的电动汽车比较，其动力方面的不同在于FCV用的电力来自车载燃料电池装置，电动汽车所用的电力来自由电网充电的动力蓄电池。
因此，FCV的关键是燃料电池。
本学习任务主要学习燃料电池的结构原理，燃料电池发电系统组成及工作原理和车载氢气系统安全措施。
【学习目标】1.能够简单描述燃料电池汽车的发展历史。
2.能够正确描述燃料电池的基本结构原理、特点及应用于汽车的燃料电池种类。
3.能够正确描述质子交换膜燃料电池的组成、各组成部分的作用及基本工作原理。
4.能够正确描述燃料电池组的组成及各组成部分的作用。
5.能够正确描述以氢为燃料的燃料电池发电系统和以甲醇为燃料的燃料电池发电系统的组成及各组成部分的功能。
【学习目标】6.能够正确描述燃料电池汽车采用的电源复合结构种类及各类型电源复合结构的特点。
7.能够正确描述燃料电池汽车混合动力系统的类型及各类型系统的特点。
8.能够正确描述车载氢气系统的安全装置种类及各类型安全装置的作用。
9.能够简单说明几款典型燃料电池汽车的特点。
学习任务9 燃料电池汽车相关知识学习一、燃料电池汽车发展历史二、燃料电池三、燃料电池发电系统结构原理四、车载氢气系统安全措施五、典型的氢燃料电池汽车任务实施与考核学习效果检验一、燃料电池汽车发展状况简介1.国外发展状况2.我国发展状况早在1994年，戴姆勒就开发出燃料电池汽车“NECARI”，随后又推出它的姊妹车“NECAR2”。
1997年秋在法兰克福汽车展上，戴姆勒展出了“NECAR3”。
1999年，戴姆勒-克莱斯勒汽车公司与福特汽车公司联手研制成功的以液氢为动力的“NECAR4”2000年，戴姆勒-克莱斯勒公司宣布，已经开发出以甲醇为燃料电池汽车“NECAR5”和“Jeep Commander 2”。
燃料电池汽车参数
燃料电池汽车参数燃料电池汽车是一种装载了燃料电池的电动汽车。
它的主要特点是使用氢气作为能源，经过燃料电池反应产生电能驱动电机实现汽车的行驶。
相比于传统的内燃机汽车，燃料电池汽车具有零排放、低噪音、高能效等特点。
本文将介绍燃料电池汽车的参数。
1. 车身尺寸燃料电池汽车的车身尺寸一般与普通汽车相当，目前市场上常见的燃料电池汽车车身尺寸多在4米到5米之间，宽度在1.8米左右。
2. 质量和载重燃料电池汽车的质量主要由电池和氢气储存罐等设备决定，因此相比传统的内燃机汽车，燃料电池汽车往往较为轻盈。
其载重一般在500kg左右。
3. 动力系统燃料电池汽车的动力系统主要由燃料电池、电机以及电子控制系统等组成。
燃料电池是燃料电池汽车的核心部件，它将氢气和氧气上的电化学反应转化为电能来驱动电机。
电机则是直接通过电能来驱动车轮转动的装置。
电子控制系统则起到监测和控制动力系统运行的作用。
4. 电池类型和容量燃料电池汽车的电池选择一般分为两种：质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。
PEMFC是目前最为常见的一种电池类型。
其电池容量一般在60kW到120kW之间，能够提供足够的能量来驱动汽车行驶数百公里。
5. 续航里程燃料电池汽车的续航里程一般在300km以上，有些车型甚至能够达到500km以上。
相比传统的电动汽车，燃料电池汽车的续航里程更为可靠和稳定，而且加注氢气所需时间较短，用户的使用体验也更佳。
6. 最高车速燃料电池汽车的最高车速一般在150km/h左右，这是由于其动力系统的特性所致。
虽然较普通汽车略为降低，但也能够满足大部分的行驶需求。
7. 加注氢气时间燃料电池汽车的加注氢气时间一般在3到5分钟之间，相比于传统的电动汽车快速充电所需的时间较长。
目前，世界上已经建成了大量的氢气加注站，未来也有望进一步扩大规模，推动燃料电池汽车的应用普及。
总结：燃料电池汽车相比传统的汽油车和电动汽车具备明显的优势，其参数表现也越来越适应人们的生活需求。
新能源之燃料电池汽车-PPT文档资料
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
燃料电池电动汽车工作原理及发展趋势
44-CHINA ·January栏目编辑：桂江一********************控制单元和PTC加热器本体存在故障的可能，因此，接下来应重点检查冷却液循环系统。
查阅故障车型空调系统电路，根据图2所示PTC加热器电路和图4所示加热器冷却液泵电路可知，加热器和冷却液循环泵都是由空调控制模块进行控制的。
此时，笔者想起故障车空调控制模块中存储的故障码B064B 00。
虽然从字面上看，故障码B064B 00的含义是“涡轮增压旁通电磁阀电路故障”，但属于B类故障码，且出现在空调控制模块中，因此，怀疑诊断仪上显示的故障码含义有误。
而且一般情况下，汽车上的控制单元中很少会无缘无故存储故障码。
查询故障车型维修手册发现，故障码B046B的含义是“辅助加热器冷却液泵反馈电路故障”。
由此可见，诊断仪上显示的故障码B046B的含义确实有误，而且故障码B046B可能与该车故障直接相关。
根据故障车型空调系统工作原理可知，如果加热器冷却液泵不工作，则加热器就会停止工作，因此，根据故障码B046B的提示，应重点检查辅助加热器冷却液泵电路。
图4 故障车型加热器冷却液泵电路图3 故障车型无暖风诊断思路根据图4所示加热器冷却液泵电路图，检测冷却液泵插头端子电压，并将测量结果与同款正常车进行比对(表1)，发现故障车加热器冷却液泵反馈线(1号端子)的电压为0，而正常车在该处的电压为10.48V，显然不正常。
通过上述测量结果可以看出，故障车加热器冷却液泵的反馈线路存在断路故障，这与维修手册上关于故障码B046B的含义“辅助加热器冷却液泵反馈电路故障”一致。
根据反馈线路走向并结合车主反映的情况(该车曾因追尾事故更换过前保险杠)，对加热器冷却液泵的反馈线路进行检查，在前保险杠内右前方位置发现了破损的线束(图5)。
修复该处破损的线束后试车，该车故障被彻底排除。
图5 故障车前保险杠内破损的线束维修小结诊断结束后，再来复盘本案例发现，该车故障其实比较简单。
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。
燃料电池汽车技术的发展现状与前景
燃料电池汽车技术的发展现状与前景燃料电池汽车是一种新型的环保汽车，它可以将氢气和氧气转化为电能来驱动电动汽车，产生的唯一废水为纯净的水蒸气，对环境几乎没有污染，是一种真正意义上的零排放汽车。
目前，燃料电池汽车被视为新能源汽车领域的重要发展方向。
在世界范围内，众多汽车生产商都在积极推广燃料电池汽车技术，比如丰田、本田、奔驰、福特、宝马等国际大品牌，都已经推出了自己的燃料电池汽车产品，为这一技术的发展注入了强劲的动力。
而在国内，燃料电池汽车技术的研究也获得了大力支持。
政府出台了一系列支持新能源汽车发展的政策，大量的燃料电池汽车项目也在陆续启动。
目前，中国已经成为全球最大的新能源汽车市场之一。
但是，燃料电池汽车技术的发展还存在着一些困难和挑战。
以下介绍其中的几个：1. 氢气的产生和存储成本问题。
氢气虽然是一种非常清洁的燃料，但是其产生和储存的成本相对较高。
如果想要广泛推广燃料电池汽车，必须探索出更低成本、更高效率的氢气生产和储存技术。
2. 燃料电池的寿命和耐久性问题。
目前的燃料电池寿命相对较短，通常只有五到十年。
而且在使用过程中容易受到环境影响和损坏，这也是一个亟需解决的问题。
3. 储氢罐的安全问题。
燃料电池汽车使用的储氢罐必须承受非常高的压力，因此一旦发生事故，储氢罐中的氢气有可能造成爆炸。
此外，储氢罐也需要考虑自然灾害等多方面的安全性问题。
4. 燃料电池汽车的生产和推广问题。
燃料电池汽车相对于传统汽车而言，生产工艺和研发成本都非常高。
从推广的角度看，如何满足消费者的需求、如何在市场上取得竞争优势也是需要认真思考和解决的问题。
尽管如此，随着技术的不断提高，燃料电池汽车技术的发展前景依然广阔。
燃料电池汽车有着低污染、低碳排放、高效节能、噪音小、驾驶舒适等优点。
如果将其推广开来，可以大大减少传统汽车所产生的尾气和废气排放，减轻环境负担，改善空气质量，也能极大地促进清洁能源技术的发展和应用。
由此可见，燃料电池汽车技术的发展现状和前景非常值得关注。
燃料电池汽车的基本结构
燃料电池汽车的基本结构
燃料电池汽车的基本结构由以下几个主要部分组成：
1. 燃料电池堆：是燃料电池汽车的核心部分，由若干单个燃料电池组成。
每个燃料电池由阳极、阴极和电解质层组成，通过氢气和氧气的反应产生电能。
2. 氢气供应系统：用于储存和供应氢气。
氢气可以通过压缩储存在储氢罐中，或者通过化学反应产生。
氢气供应系统还包括氢气传输管道和阀门等组件。
3. 氧气供应系统：用于供应氧气给燃料电池反应。
通常使用空气中的氧气作为氧源，所以氧气供应系统包括氧气过滤器和氧气管道等组件。
4. 电池管理系统：用于监测和控制燃料电池的运行状态，包括电流、电压和温度等参数。
电池管理系统还负责控制氢气和氧气的供应，以保证燃料电池的安全和性能。
5. 电动驱动系统：将燃料电池产生的电能转化为机械能，驱动车辆运行。
电动驱动系统通常由电动机和传动装置组成，可以实现前进、后退和停车等操作。
6. 控制系统：用于整合和控制燃料电池汽车的各个部分。
控制系统根据驾驶员的指令和车辆的需求，调节燃料电池的输出，并对燃料电池系统进行故障检测和修复。
此外，燃料电池汽车还包括其他辅助系统，如冷却系统、废气处理系统和电子控制单元等。
《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。
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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
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
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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。
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。
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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。
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3．车载蓄电系统
（3）锂离子电池具有比能量大、比功率高、自放 电小、无记忆效应、循环特性好、可快速放电等优点。
（4）超级电容器能在短时间内提供或吸收大的功 率，为蓄电池数十倍，效率高、具有上万次的循环寿 命和极长的储存寿命、工作温度范围宽、能使用的基 础材料价格便宜，可以作为混合型动力汽车的有效蓄 电系统。
氧气的来源有从空气中获取氧气或从氧气罐中 获取氧气，空气需要用压缩机来提高压力，以增加 燃料电池反应的速度。
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1.以氢为燃料的燃料电池发动机系统
（3）水循环系统 燃料电池发动机在反应过程中将产生水和热量，
在水循环系统中用冷凝器、气水分离器和水泵等对 反应生成的水和热量进行处理，其中一部分水可以 用于空气的加湿。 （4）电力管理系统
（3）系统对燃料电池的动态响应性能要求较低； （4）汽车的冷启动性能较好； （5）制动能量回馈的采用可以回收汽车制动时的部
分动能，该措施可能会增加整车的能量效率。
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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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1.3 燃料电池电动汽车对燃料电池的基本要求
（4）FCEV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FCEV的装车要求。 （6）燃料充添方便、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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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)。
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
2.1 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。
燃料电池电动汽车
1 概述 2 燃料电池电动汽车的基本结构 3 燃料电池电动汽车的传动系统 4 燃料电池电动汽车车型实例
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1 概述
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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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 力系统开发的信息输入，而虚拟配置的动力系统的 特性参数也影响项目整车性能。两者之间的参数选 择是一个多变量多目标的优化设计过程，而且参数 选择与行驶工况和控制策略紧密相关。
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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。
（2）燃烧器、加热器和蒸发器 甲醇进入改质器之前，要蒸发成甲醇和纯水的混
合气。 （3）重整器
不同的碳氢化合物采用不同的重整技术，在重整 过程中的温度、压力会有所不同 。 （4）氢气净化器
改质器所产生的H2因为含有少量的CO，因此必 须对H2进行净化处理。
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燃料电池发动机系统 甲醇为燃料
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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+蓄电池源自构相似，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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总布置基本结构模型 氢为燃料
１驱动轮 ２驱动系统 ３驱动电动机 ４ＤＣ／ＡＣ逆变器 ５辅助电源装置 ６燃料电池发动机 ７空气压缩机 8 氢气储存罐 ９氢气供应系统辅助装置 １０中央控制器 11 ＤＣ／ＤＣ变换器
2．以甲醇为燃料的燃料电池发动机
（1）甲醇储存装置 甲醇可以用普通容器储存，不需要加压或冷藏。
燃料电池所产生的是直流电，需要经过DC/DC 变换器进行调压，在采用交流电动机的驱动系统中， 还需要用逆变器将直流电转换为三相交流电。
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燃料电池发动机系统 氢为燃料
１氢气储存罐 ２氢气压力调节仪表 ３热交换器 ４氢气循环泵 ５冷凝器及气水分离器 ６水箱 ７水泵 ８空气压缩机 ９加湿器及去离子过滤装置 １０燃料电池组 １１ 电源开关 １２ ＤＣ／ＤＣ变换器 １３ ＤＣ／ＡＣ逆变器 １４ 驱动电动机
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FCEV结构
燃料电池系统 蓄电池
驱动电动机
传动系
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；
（2）燃料电池可以在比较好的设定的工作条件下工 作，工作时燃料电池的效率较高；
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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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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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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
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。