汽车电驱动技术 第四章 燃料电池电动汽车技术

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Daimler Chrysler Citaro
燃料电池汽车的整车技术
燃料电池汽车的整车技术
燃料电池汽车的整车技术
燃料电池电动汽车的动力系统
结构简单,易于实现 控制相对容易 动态响应性能差 无法吸收制动回馈能量 电机控制器须有较宽的电压范围 燃料电池功率过高设计
传统燃料电池动力系统
燃料电池电动汽车的动力系统
Daimler Chrysler F-Cell
燃料电池汽车的整车技术
Daimler Chrysler F-Cell
燃料电池汽车的整车技术
Daimler Chrysler F-Cell
燃料电池汽车的整车技术
Daimler Chrysler Citaro
燃料电池汽车的整车技术
梅塞德斯奔驰 Citaro
概述-燃料电池电动汽车的优点
工作效率高。内燃机汽车的效率为11%左右,而以氢气为燃料的燃料电池汽车效 率可达到50%~70%左右,甲醇重整产生氢气的燃料电池汽车效率可达到30%左右。 可见燃料电池汽车的效率高于内燃机汽车。
节能、环保。燃料电池汽车使用能源主要是氢气,排放的主要物质是水,对于环 境问题日益突出的地球来说,燃料电池汽车是内燃机汽车的理想替代。
燃料电池发电系统技术
86kW
90kW
燃料电池发电系统技术
燃料电池发电系统技术
燃料电池发电系统技 术-工作特性
输出 电压
理论电池电压 实际电池电压
活化极化损失
欧姆极化损失 浓差极化损失
输出电流
燃料电池发电系统技术-工作特性
燃料电池电堆的效率
燃料电池发电系统的效率
燃料电池发电系统技术-工作特性
间接式燃料电池 再生式燃料电池
高温≥750℃ 中温 200~750℃ 低温≤200 ℃
燃料电池的类别
汽车用燃料电池的要求:常温下工作;电流密度高;免维护性好; 耐振性与耐冲击性好;能够从低负荷到高负荷进行高效率运转; 可以放置在冰点以下环境中。
+
阴极

Zinc 阳极
+
Overall reaction 2Zn + O2 = 2ZnO + 2e
概述-燃料电池电动汽车得到各国重视
中国科技部”十一五“863节能与新能源汽车重大项目
整车产品 开发
整车动力系统 集成技术
关键零部 件技术
共性基础 技术
公共支撑 平台建设
各类整车产品
燃料电池汽车动力
混合动力汽车
纯电动汽车动力系
代 用
系统技术平台
动力系统技术平台
统技术平台
燃 料

车研
燃料电池发动机、动力蓄电池、超级电容
动态响应性能较好 高的系统电压有利于蓄电池实现制动回馈能量吸收 对于稳态负载效率较低
能量型燃料电池混合动力系统
燃料电池电动汽车的动力系统
动态响应性能较好 效率最优化设计 实现制动回馈能量吸收
系统控制复杂 对燃料电池要求较高 DC/DC须要支持双向变换 电机控制器须有较宽的电压范围
功率型燃料电池混合动力系统
燃料电池汽车的整车技术
Toyota Fuel Cell Bus
燃料电池汽车的整车技术
Toyota Fuel Cell Bus
燃料电池汽车的整车技术
Toyota Fuel Cell Bus
燃料电池汽车的整车技术
Toyota Fuel Cell Bus
燃料电池汽车的整车技术
Toyota Fuel Cell Car
燃料电池混合动力系统工 作原理
工作特性互补,实现系统效率优化; 实现再生能量回收
燃料电池混合动力系统工作原理
燃料电池单独驱动模式
燃料电池混合动力系统工作原理
加速助力模式
燃料电池混合动力系统工作原理
辅助电池充电模式
燃料电池混合动力系统工作原理
再生制动能量回收模式
燃料电池汽车关键技术-发动机技术
H 2 2H 2e
1 2
O2
2H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2e
H 2O
燃料电池的定义和工作原理
燃料电池参与反应的化学物质,如氢和氧,是由燃料电池外部 的单独供气系统供给的,只要保证物质供应的连续性,就可以 保证能量输出的连续性。从这个意义上来讲,燃料电池本身是 一个开放的发电装置。
燃料电池的类别
燃料电池种类: 直接式燃料电池
结构简单和运行平稳。由于燃料电池汽车能量转换不涉及燃烧和热机做功,因此 所需零件少,结构简单,振动和噪声小。
概述-燃料电池电动汽车得到各国重视
Freedom CAR
PNGV
长 远 来 看 , 氢 燃 料 汽 车 是 长 途 旅 行 的理想交通工具,混合动力汽车适于 中距离的驾驶,而纯电动汽车最好用 于短途通勤。燃料电池汽车的续驶里 程已经可超过500英里。
技术难关: 质子交换膜:杜邦的Nafion、日本的Asahi 电极催化剂:铂金 双极板:无孔石墨板 燃料电池的组装 反应气体的供给系统 水、热管理系统
燃料电池发电系统的组成
燃料电池的类别-质子交换膜燃料电池系统
增压式质子交换膜燃料电池
燃料电池的类别-质子交换膜燃料电池系统
增压式质子交换膜燃料电池
燃料电池汽车的整车技术
12m Mercedes-Benz Citaro: 续驶里程:200 km (125 miles) 载客量:70; FCE: > 200 kW 压缩氢车顶布置:350 bar (5,000 psi)
最高车速: 80 km/h (50 mph). 电机+AT后置. 三个上车门(无台阶)超低地板设计
开展燃料电池电堆、发动机及其关键材料核心技术研究。 把握世界新能源汽车发展动向,对其他类型的新能源汽 车技术加大研究力度。
概述-燃料电池电动汽车的缺点
造价高。目前在燃料电池汽车上广泛使用的质子膜燃料 电池需要贵金属Pt作为电催化剂,但是Pt的价格昂贵、资 源匮乏,使得质子交换膜燃料电池的成本居高不下,限制 了其大规模运用。 氢气的储存、制备和运输。地球上的氢气资源丰富,但 是如何获取且安全的安装到汽车上是燃料电池汽车所面临 的一个难题。 加氢站等基础设施建设。目前制约燃料电池汽车商业化 的难题之一就是加氢站和基础设施的建设。
教学提纲
燃料电池系统的组成和工作原理 典型的燃料电池汽车整车结构 燃料电池汽车的系统组成和工作原理 燃料电池汽车的示范运行和关键技术
燃料电池的定义和工作原理
燃料电池是一种把燃料氧化的化学能直接转换为电能的“发电 装置”,是电化学反应的发生器。燃料电池的反应机理是将燃 料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。氢氧燃料电池实际 上就是一个电解水的逆过程,通过氢氧的化学反应生成水并释 放电能。氢气和氧气分别是燃料电池在电化学反应过程中的燃 料和氧化剂。
发及
新型
驱动电机、电机传动系总成、发动机
燃料 应用


新材料、新器件、共性技术、基础设施相关技术


检测试验 技术标准 政策法规 示范运营 产业融资 知识产权 技术信息
“节能与新能源汽车”重大项目总体布局
概述-燃料电池电动汽车得到各国重视
节能与新能源汽车产业发展规划
以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战 略取向,当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽 车产业化,推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃 机汽车,提升我国汽车产业整体技术水平。
提高可靠性
Ballard 考核2000h/100000km
燃料电池汽车关键技术-发动机技术
提高低温启动性能
燃料电池汽车关键技术-发动机技术
提高功率密度
燃料电池汽车关键技术-发动机技术
降低成本
燃料电池汽车关键技术-发动机技术
发展动向
燃料电池汽车关键技术-发动机技术
燃料电池汽车关键技术-发动机技术
重整制氢
氢的制取技术
高压重整器
氢的制取技术
❖ 化学反应制氢
NaBH4 + 2H2O →NaBO2 + 4H2
❖ 生物制氢
❖ 工业附属产物
氢气的车载存储
气态储氢
氢气的车载存储
液态储氢
存储质量比5~7.5%
氢气的车载存储
金属氢化物储氢
金属氢化物储氢的机理为:某些金属或合金在一定条 件下可与氢气发生反应,生成金属氢化物,生成的金属 氢化物在适当的温度和压力下,又能将所吸收的氢气 释放出来。
用这种方法储氢的密度为标准状态下氢气的1000 倍 左右。与液态储氢密度相当或超过液氢,而且储氢压 力非常低,在室温附近,压力仅为0.101~1MPa 。 存储质量比1.5%
氢气的车载存储
纳米碳材料储氢
一些碳纳米材料,如碳纳米管、纳米炭纤维等是有希望的 储氢材料。碳纳米管是一种具有很大表面积的碳材料,其 上含有许多尺寸均一的微孔。当氢到达到材料表面时,一 方面被吸附在材料表面上;另一方面在微孔毛细管力的作 用下,氢被压缩到微孔中,因此能储存相当多的氢。
燃料电池汽车关键技术-整车技术
燃料电池汽车DC/DC变换器
❖ 提高比功率,效率 ❖ 双向DC/DC
燃料电池汽车燃料制取技术
❖ 廉价氢气制取技术 ❖ 氢气安全运输和加注技术 ❖ 氢气站建设
燃料电池汽车氢气安全技术
燃料电池汽车关键技术-整车技术
燃料电池汽车关键技术-整车技术
整车系统集成和控
第四章 燃料电池电动汽车技术
概述-燃料电池电动汽车的概念
燃料电池电动汽车:是电动汽车的一种基本类型,用于驱动汽车 行驶的电能主要来自“燃料电池”,整车的燃料补给不同于动力电 池电动汽车的充电方式(化学反应过程),而采用机械式充电方式 (燃料的装填和加注,物理过程)。
燃料电池概念:
是一种把燃料氧化的化学能直 接转换为电能的“发电装置”。
燃料电池汽车的整车技术
整备质量:1765kg 续驶里程:300kg,油箱:350bar气灌(3.5kg)
燃料电池汽车的整车技术
VW HyMotion TourAn FECV
燃料电池汽车的整车技术
FCE:75kW/255Nm,0-100kph12.6s, 350km/液氢(-2530C) VW HyMotion Bora FECV
制技术
教学提纲
燃料电池系统的组成和工作原理 典型的燃料电池汽车整车结构 燃料电池汽车的系统组成和工作原理 燃料电池汽车的示范运行和关键技术
燃料电池示范运行项目
燃料电池示范运行项目
氢的制取技术
氢的制取技术
电解水制氢 74~84%
氢的制取技术
电解水制氢 74~84%
氢的制取技术
燃料电池发电系统技术
燃料电池发电系统技术
常压式质子交换膜燃料电池
燃料电池发电系统技术
常压式质子交换膜燃料电池
燃料电池发电系统技术
增压与常压式质子交换膜燃料电池比较
燃料电池发电系统技术
燃料电池发电系统水热管理系统结构
燃料电池发电系统技术
燃料电池发电系统技术
燃料电池发电系统技术
燃料电池发电系统技术
Zinc + Air = Electricity
KOH 电解液
O2
燃料电池的类别-质子交换膜
阳极反应:
2H2 4H 4e
阴极反应:
O2 4e 4H 2H2O
燃料电池的类别-质子交换膜
质子交换膜燃料电池结构
燃料电池的类别-质子交换膜电堆
燃料电池的类别-质子交换膜燃料电池特点
优点: 环境友好;效率较高,达60%~80%;对燃料适应性强,既可用纯氢,也可用转化 燃料,氧化剂可用空气;工作温度低;比功率与比能量高;可变负荷运转。
汽车电驱动技术
本科生专业必修课
课程教学大纲及教学安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
绪论 纯电动汽车 混合动力电动汽车 燃料电池电动汽车技术 电动汽车的电机驱动系统 电动汽车的车载能量源系统 电动车辆的电动化辅助系统 电动汽车的基础设施
目录
汽车电驱动技术
概述-燃料电池电动汽车得到各国重视
概述-燃料电池电动汽车得到各国重视
概述-燃料电池电动汽车得到各国重视
中国科技部”十五“863电动汽车重大专项项目
概述-燃料电池电动汽车得到各国重视
超越三号 - S3000
超越三号 - MPV
超越三号-东方之子
BK6110FCHEV型样车
BF6120FCHEV型样车
燃料电池汽车的整车技术
Toyota Fuel Cell Car
燃料电池汽车的整车技术
Honda FCX Fuel Cell Car
燃料电池汽车的整车技术
Honda FCX Fuel Cell Car
燃料电池汽车的整车技术
Honda FCX Fuel Cell Car
燃料电池汽车的整车技术
燃料电池汽车的整车技术
效率
输出电流
燃料电池发电系统技术-工作特性
启动特性
综合性能
教学提纲
燃料电池系统的组成和工作原理 典型的燃料电池汽车整车结构 燃料电池汽车的系统组成和工作原理 燃料电池汽车的示范运行和关键技术
燃料电池汽车的整车技术
现代TUCSON FECV
燃料电池汽车的整车技术
现代TUCSON FECV
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