1、燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池定義燃料電池定義 燃料電池是一種能夠持續(xù)的通過發(fā)生在陽極和陰極的燃料電池是一種能夠持續(xù)的通過發(fā)生在陽極和陰極的氧化氧化還原反應(yīng)還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池與常將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。燃料電池與常規(guī)電池的區(qū)別在于，它工作時(shí)需要規(guī)電池的區(qū)別在于，它工作時(shí)需要連續(xù)不斷連續(xù)不斷地向電池內(nèi)輸入燃地向電池內(nèi)輸入燃料和氧化劑，只要持續(xù)供應(yīng)，燃料電池就會(huì)不斷提供電能。料和氧化劑，只要持續(xù)供應(yīng)，燃料電池就會(huì)不斷提供電能。v 燃料電池的特點(diǎn)燃料電池的特點(diǎn) 由于燃料電池能將燃料的化由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，

2、因此，它學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，因此，它沒有像普通火力發(fā)電廠那樣的通沒有像普通火力發(fā)電廠那樣的通過鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量過鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量形態(tài)變化，可避免過程中轉(zhuǎn)換損形態(tài)變化，可避免過程中轉(zhuǎn)換損失，達(dá)到市制發(fā)電效率失，達(dá)到市制發(fā)電效率。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池的優(yōu)點(diǎn)燃料電池的優(yōu)點(diǎn) 由于輸出功率單位由堆的輸出功率定，故機(jī)組由于輸出功率單位由堆的輸出功率定，故機(jī)組容量具有自容量具有自由度由度；部分負(fù)荷時(shí)也能保持高的效率；部分負(fù)荷時(shí)也能保持高的效率； 通過與燃料供給裝置的組合，可適用范圍的燃料；通過與燃料供給裝置的組合，可適用范圍的燃料； 沒有沒有尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng)，很小

3、的燃料電池仍具有和大尺寸相仿的效，很小的燃料電池仍具有和大尺寸相仿的效率；率； 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換效率高效率高，可達(dá)，可達(dá)60% 60% ； 沒有運(yùn)轉(zhuǎn)部件，沒有運(yùn)轉(zhuǎn)部件，噪音小噪音?。?NOxNOx及及SOxSOx等的排出量少，等的排出量少，有利環(huán)保有利環(huán)保, ,若以氫為燃料，排放若以氫為燃料，排放是水，電池部分可實(shí)現(xiàn)是水，電池部分可實(shí)現(xiàn)“零排放零排放”v 燃料電池的分類燃料電池的分類 根據(jù)工作溫度可分為根據(jù)工作溫度可分為: :低溫低溫型、型、中溫中溫型和型和高溫高溫型三種。型三種。 根據(jù)電解質(zhì)的種類可分為：根據(jù)電解質(zhì)的種類可分為：燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車 堿性燃料電池堿性燃料電池(AFC)(A

4、FC)、磷酸燃料電池磷酸燃料電池(PAFC)(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料熔融碳酸鹽燃料電池電池(MCFC)(MCFC)、固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池(SOFC)(SOFC)、 聚合物離子膜燃聚合物離子膜燃料電池料電池(PEMFC)(PEMFC)。 根據(jù)多電源的配置不同可分為：根據(jù)多電源的配置不同可分為：FCEVFCEV按按“多電源多電源”的配置不同，可分為的配置不同，可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)（PFCPFC）的的FCEVFCEV；燃料電池與輔助蓄電池燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+BFC+B）的）的FCEVFCEV；燃燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)

5、動(dòng)（FC+CFC+C）的）的FCEVFCEV；燃；燃料電池與輔助料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+CFC+B+C）的）的FCEVFCEV。v 燃料電池的原理燃料電池的原理 燃料電池由燃料電池由陽極陽極、陰極陰極和離子導(dǎo)電的和離子導(dǎo)電的電解質(zhì)電解質(zhì)構(gòu)成，其工作原構(gòu)成，其工作原理與普通電化學(xué)電池類似，燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，理與普通電化學(xué)電池類似，燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽極通過負(fù)載流向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電流電子從陽極通過負(fù)載流向陰極構(gòu)成電回路，產(chǎn)生電流。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車燃料燃料氧化劑氧化劑陽極陽極陰極陰極電電 解解

6、 質(zhì)質(zhì)導(dǎo)電離子導(dǎo)電離子v 純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的FCEV 純?nèi)剂想姵仉妱?dòng)汽車只有燃料純?nèi)剂想姵仉妱?dòng)汽車只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源，汽車的所有功率電池一個(gè)動(dòng)力源，汽車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的FCEV 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)結(jié)構(gòu)簡單構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置； 系統(tǒng)系統(tǒng)部件少部件少，有利于整車的輕量化；，有利于整車的輕量化； 較少的部件使得整體的能較少的部件使得整體的能量傳遞效率高量傳遞效率高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 燃料電池功率大、成本高；燃料電池功率大、成本高； 對燃料電

7、池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；對燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求； 不不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。 v 燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)FCEV 該結(jié)構(gòu)為一典型的該結(jié)構(gòu)為一典型的串串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池將儲(chǔ)存機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池將儲(chǔ)

8、存回饋回饋的能量。的能量。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)FCEV 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 由于增加了比功率價(jià)格相對低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對燃由于增加了比功率價(jià)格相對低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形式有很大的降低，從而大料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形式有很大的降低，從而大大地大地降低了整車成本降低了整車成本； 燃料電池可以在燃料電池可以在比較好的設(shè)定的工作條件比較好的設(shè)定的工作條件下工作，工作時(shí)燃下工作，工作時(shí)燃料電池的效率較高；料電池的效率較高； 系統(tǒng)對燃料電池的系統(tǒng)對燃料電

9、池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求較低動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求較低； 汽車的汽車的冷啟動(dòng)性能較好冷啟動(dòng)性能較好； 制動(dòng)能量回饋制動(dòng)能量回饋的采用可以回收汽車制動(dòng)時(shí)的部分動(dòng)能，該措的采用可以回收汽車制動(dòng)時(shí)的部分動(dòng)能，該措施可能會(huì)增加整車的能量效率。施可能會(huì)增加整車的能量效率。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 蓄電池的使用使得整車的蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加質(zhì)量增加，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型受到影，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型受到影響，這一點(diǎn)在能量復(fù)合型混合動(dòng)力汽車上表現(xiàn)更為明顯；響，這一點(diǎn)在能量復(fù)合型混合動(dòng)力汽車上表現(xiàn)更為明顯； 蓄電池充蓄電池充放電過程會(huì)有能量損耗放電過程會(huì)有能量損耗；燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)燃料電池

10、與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)FCEV 系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加布置難度增加。 這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+ +蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q成超級(jí)電容。成超級(jí)電容。 相對于蓄電池，超級(jí)電容相對于蓄電池，超級(jí)電容充放電效率高充放電效率高，能量損失小，比蓄，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在電池功率密度大，在回收制動(dòng)回收制動(dòng)能量方面比蓄電池能量方面比蓄電池有優(yōu)勢有優(yōu)勢，循環(huán)壽，循環(huán)壽命長，但是超級(jí)電容的能量密度較小。命長，但是超級(jí)電容的能量密度較小。v 燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的燃料電池與輔助蓄電池和超

11、級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的FCEV 燃料電池與蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的動(dòng)力系燃料電池與蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也為統(tǒng)結(jié)構(gòu)也為串聯(lián)式串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)?；旌蟿?dòng)力結(jié)構(gòu)。 燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容一起為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，驅(qū)燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容一起為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池和超級(jí)電容將儲(chǔ)存回饋的制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池和超級(jí)電容將儲(chǔ)存回饋的能量。能量。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)

12、合驅(qū)動(dòng)的燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的FCEV 燃料電池燃料電池+蓄電池十超級(jí)電容形式動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖蓄電池十超級(jí)電容形式動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相比燃料電這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相比燃料電池池+ +蓄電池的結(jié)構(gòu)形式的蓄電池的結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)更更加明顯，尤其是在部件效率，動(dòng)加明顯，尤其是在部件效率，動(dòng)態(tài)特性，制動(dòng)能量回饋等方面。態(tài)特性，制動(dòng)能量回饋等方面。而其而其缺點(diǎn)缺點(diǎn)也一樣更加明顯：也一樣更加明顯： 增加了超級(jí)電容，系統(tǒng)質(zhì)量增加了超級(jí)電容，系統(tǒng)質(zhì)量將可能增加；將可能增加； 系統(tǒng)系統(tǒng)更加復(fù)雜更加復(fù)雜化，系統(tǒng)控制化，系統(tǒng)控制和整體布置的難度也隨之增大。和整體布置的難度也隨之增大。燃料電池

13、電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池電動(dòng)汽車的主燃料電池電動(dòng)汽車的主要不足要不足 燃料電池的比能量不低于燃料電池的比能量不低于150150200Wh /kg, 200Wh /kg, 比功率不低于比功率不低于300300400 W/kg400 W/kg。要求達(dá)到或超過美國先進(jìn)電池聯(lián)合體（。要求達(dá)到或超過美國先進(jìn)電池聯(lián)合體（USABCUSABC）所提出的電池性能和使用壽命的指標(biāo)所提出的電池性能和使用壽命的指標(biāo)。 可以在可以在- 20 - 20 的條件下起動(dòng)和工作的條件下起動(dòng)和工作, , 有可靠的安全性和密封有可靠的安全性和密封性性, , 不會(huì)發(fā)生燃料氣體的結(jié)冰和燃料氣體的泄漏。不會(huì)發(fā)生燃料氣體的結(jié)

14、冰和燃料氣體的泄漏。v 燃料電池電動(dòng)汽車對燃料電池的基本要求燃料電池電動(dòng)汽車對燃料電池的基本要求 燃料電池汽車的制造成本和使用燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高成本過高 輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大 起動(dòng)時(shí)間長起動(dòng)時(shí)間長，系統(tǒng)，系統(tǒng)抗振能力抗振能力有待進(jìn)一步提高有待進(jìn)一步提高 采用采用氫氣氫氣為燃料的為燃料的FCEVFCEV起動(dòng)時(shí)間一般需要起動(dòng)時(shí)間一般需要3 3分多鐘分多鐘，而采用，而采用甲甲醇或者汽油醇或者汽油重整技術(shù)的重整技術(shù)的FCEVFCEV則長達(dá)則長達(dá)1010多分鐘多分鐘，比起內(nèi)燃機(jī)汽車起，比起內(nèi)燃機(jī)汽車起動(dòng)的時(shí)間長得多，影響其機(jī)動(dòng)性能。動(dòng)的時(shí)間長得多

15、，影響其機(jī)動(dòng)性能。 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車 各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和可靠性各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和可靠性, , 可以在負(fù)荷變化情況下可以在負(fù)荷變化情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。并能夠耐受正常運(yùn)轉(zhuǎn)。并能夠耐受FCEVFCEV行駛時(shí)的振動(dòng)和沖擊行駛時(shí)的振動(dòng)和沖擊。 FCEVFCEV除排放達(dá)到除排放達(dá)到零污染零污染的要求外的要求外, , 動(dòng)力性能要求基本達(dá)到或動(dòng)力性能要求基本達(dá)到或接近內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力性能的水平接近內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力性能的水平, , 性能穩(wěn)定可靠。性能穩(wěn)定可靠。 各種輔助技術(shù)裝備的外形尺寸和輔助技術(shù)裝備的質(zhì)量應(yīng)盡可各種輔助技術(shù)裝備的外形尺寸和輔助技術(shù)裝備的質(zhì)量應(yīng)盡可能地減小能地減小, ,

16、以符合以符合FCEVFCEV的裝車要求。的裝車要求。 燃料充添方便、迅速燃料充添方便、迅速, , 燃料電池能夠方便地進(jìn)行燃料電池能夠方便地進(jìn)行電極和催化電極和催化劑的更換和修理劑的更換和修理。 所配置的輔助電源所配置的輔助電源, , 應(yīng)能滿足提應(yīng)能滿足提供起動(dòng)電能供起動(dòng)電能和儲(chǔ)存和儲(chǔ)存制動(dòng)反饋制動(dòng)反饋電能的要求。電能的要求。 v 燃料電池系統(tǒng)燃料電池系統(tǒng) 燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù)之一。燃料電池燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù)之一。燃料電池堆技術(shù)發(fā)展趨勢堆技術(shù)發(fā)展趨勢可用耐久性可用耐久性、低溫啟動(dòng)溫度低溫啟動(dòng)溫度、凈輸出比功率凈輸出比功率以及以及燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽

17、車 制造成本制造成本四個(gè)要素來評(píng)判。四個(gè)要素來評(píng)判。 降低成本也是燃料電池堆研究的目標(biāo)，控制成本的有效手段降低成本也是燃料電池堆研究的目標(biāo)，控制成本的有效手段是減少材料費(fèi)是減少材料費(fèi)( (電催化劑、電解質(zhì)膜、雙極板等電催化劑、電解質(zhì)膜、雙極板等) )，降低加工費(fèi)，降低加工費(fèi)( (膜膜電極制作、雙極板加工和系統(tǒng)裝配等電極制作、雙極板加工和系統(tǒng)裝配等) )。v 車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)車載儲(chǔ)氫系統(tǒng) 儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見的儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見的車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)有車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)有高壓儲(chǔ)氫高壓儲(chǔ)氫、低溫儲(chǔ)存液氫低溫儲(chǔ)存液氫和和金屬氫化物儲(chǔ)氫金屬氫化物儲(chǔ)氫三種三種

18、基本方案?；痉桨?。 如何有效減小儲(chǔ)氫系統(tǒng)的質(zhì)量與體積，是車載儲(chǔ)氫技術(shù)開發(fā)如何有效減小儲(chǔ)氫系統(tǒng)的質(zhì)量與體積，是車載儲(chǔ)氫技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。一個(gè)比較的重點(diǎn)。一個(gè)比較理想的方案理想的方案是，采用儲(chǔ)氫材料與高壓儲(chǔ)氫是，采用儲(chǔ)氫材料與高壓儲(chǔ)氫復(fù)合復(fù)合的車載儲(chǔ)氫新模式。的車載儲(chǔ)氫新模式。(1)(1)壓縮氫氣壓縮氫氣(CHG)(CHG)燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車 將將CHGCHG裝在裝在2035MPa2035MPa玻璃纖維加強(qiáng)的鋁瓶中。玻璃纖維加強(qiáng)的鋁瓶中。 優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、成本低成本低、技術(shù)成熟以及燃料補(bǔ)充迅速等。、技術(shù)成熟以及燃料補(bǔ)充迅速等。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：體積大體積大、存在安全問題。、存

19、在安全問題。(2)液態(tài)氫液態(tài)氫 冷凍氫氣至冷凍氫氣至-253-253以下，形以下，形成液態(tài)氫，并儲(chǔ)存在低溫容器中。成液態(tài)氫，并儲(chǔ)存在低溫容器中。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：體積小體積小、能量密度高、燃料補(bǔ)充迅速。、能量密度高、燃料補(bǔ)充迅速。 缺點(diǎn)：生產(chǎn)成本和銷售缺點(diǎn)：生產(chǎn)成本和銷售成本昂貴成本昂貴，具有揮發(fā)性等。，具有揮發(fā)性等。(3)儲(chǔ)氫金屬儲(chǔ)氫金屬 使氫氣與金屬鎂和釩反應(yīng)形成儲(chǔ)氫金屬，儲(chǔ)氫反應(yīng)是可逆的使氫氣與金屬鎂和釩反應(yīng)形成儲(chǔ)氫金屬，儲(chǔ)氫反應(yīng)是可逆的并與分解溫度有關(guān)并與分解溫度有關(guān)( (最高可達(dá)最高可達(dá)300)300)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：尺寸緊湊尺寸緊湊、使用安全等。、使用安全等。 缺點(diǎn)：氫氣分離溫度高缺點(diǎn)

20、：氫氣分離溫度高( (儲(chǔ)氫鎂分離溫度儲(chǔ)氫鎂分離溫度287)287)以及相對以及相對較較低的比能量低的比能量( (儲(chǔ)氫釩比能量為儲(chǔ)氫釩比能量為700Wh/kg)700Wh/kg)。(4)納米材料儲(chǔ)氫納米材料儲(chǔ)氫燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車 直接供氫的直接供氫的FCEV推廣普及的關(guān)鍵是純氫的供應(yīng)和儲(chǔ)存。為了推廣普及的關(guān)鍵是純氫的供應(yīng)和儲(chǔ)存。為了保證直接供氫的保證直接供氫的FCEV用氫的需要，必須建造用氫的需要，必須建造氫站氫站，這就增大了，這就增大了直接供氫的直接供氫的FCEV商品化和推廣普及的難度商品化和推廣普及的難度，因此，世界上各大，因此，世界上各大汽車公司紛紛推出了通過燃料重整反應(yīng)制取

21、氫氣的技術(shù)，可使用汽車公司紛紛推出了通過燃料重整反應(yīng)制取氫氣的技術(shù)，可使用多種多種碳?xì)淙剂咸細(xì)淙剂?，包括醇類燃料、天然氣等。目前，通過重整反應(yīng)，包括醇類燃料、天然氣等。目前，通過重整反應(yīng)利用利用甲醇制取氫氣甲醇制取氫氣的技術(shù)已十分成熟，甲醇為液體燃料，攜帶方的技術(shù)已十分成熟，甲醇為液體燃料，攜帶方便，提高了燃料電池電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，且燃料能量的便，提高了燃料電池電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，且燃料能量的利用率利用率可達(dá)可達(dá)70%-90%，大大高于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。，大大高于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。v 燃料重整反應(yīng)制取氫氣燃料重整反應(yīng)制取氫氣 v 車載車載蓄電蓄電系統(tǒng)系統(tǒng) 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車 車

22、載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄車載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄電池及電化學(xué)超級(jí)電容器。電池及電化學(xué)超級(jí)電容器。 鉛酸電池鉛酸電池由于其功率密度低，充電時(shí)間長，作為未來電動(dòng)汽由于其功率密度低，充電時(shí)間長，作為未來電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的可能性很小。車動(dòng)力系統(tǒng)的可能性很小。 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池具有高比能、大功率、快速充放電、耐用性優(yōu)異具有高比能、大功率、快速充放電、耐用性優(yōu)異等特性，是目前混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車中應(yīng)用最廣的綠色動(dòng)力等特性，是目前混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車中應(yīng)用最廣的綠色動(dòng)力蓄電系統(tǒng)。蓄電系統(tǒng)。 鋰離子電池鋰離子電池具有比能量大、比功率高、自放電小、無

23、記憶效具有比能量大、比功率高、自放電小、無記憶效應(yīng)、循環(huán)特性好、可快速放電等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)、循環(huán)特性好、可快速放電等優(yōu)點(diǎn)。 超級(jí)電容器超級(jí)電容器能在短時(shí)間內(nèi)提供或吸收大的功率，為蓄電池?cái)?shù)能在短時(shí)間內(nèi)提供或吸收大的功率，為蓄電池?cái)?shù)十倍，效率高、具有上萬次的循環(huán)壽命和極長的儲(chǔ)存壽命、工作十倍，效率高、具有上萬次的循環(huán)壽命和極長的儲(chǔ)存壽命、工作溫度范圍寬、能使用的基礎(chǔ)材料價(jià)格便宜，可以作為混合型動(dòng)力溫度范圍寬、能使用的基礎(chǔ)材料價(jià)格便宜，可以作為混合型動(dòng)力汽車的有效蓄電系統(tǒng)。汽車的有效蓄電系統(tǒng)。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 電機(jī)及其控制技術(shù)電機(jī)及其控制技術(shù) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)是燃料電池電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是燃料電

24、池電動(dòng)汽車的心臟心臟，它正向著大功率、高，它正向著大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有感應(yīng)電動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)和和永磁無刷電動(dòng)機(jī)永磁無刷電動(dòng)機(jī)，永磁無刷電動(dòng)機(jī)具有較高的功率密度和效，永磁無刷電動(dòng)機(jī)具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車方面有著廣闊率、體積小、慣性低和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車方面有著廣闊地應(yīng)用前景。地應(yīng)用前景。v 整車布置整車布置 燃料電池汽車在整車布置上存在以下燃料電池汽車在整車布置上存在以下關(guān)鍵問題關(guān)鍵問題： 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的相關(guān)布置燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的相關(guān)布置 動(dòng)力電池組的

25、車身布置、氫氣瓶的安全布置動(dòng)力電池組的車身布置、氫氣瓶的安全布置 高壓電安全系統(tǒng)的車身布置問題。高壓電安全系統(tǒng)的車身布置問題。 這些核心部件的布置，不僅要考慮布置方案的優(yōu)化及零部件這些核心部件的布置，不僅要考慮布置方案的優(yōu)化及零部件性能實(shí)現(xiàn)的便利，還要求相關(guān)方案必須考慮傳統(tǒng)汽車不具備的性能實(shí)現(xiàn)的便利，還要求相關(guān)方案必須考慮傳統(tǒng)汽車不具備的安安全性全性問題。問題。 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 整車熱管理整車熱管理 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)行溫度為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)行溫度為60706070左右，實(shí)際的散左右，實(shí)際的散熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在6060，必須依

26、賴整車動(dòng)力系統(tǒng)提，必須依賴整車動(dòng)力系統(tǒng)提供供額外的冷卻動(dòng)力額外的冷卻動(dòng)力為系統(tǒng)為系統(tǒng)散熱散熱，因此二者之間的，因此二者之間的平衡平衡將是在熱管將是在熱管理開發(fā)方面必須關(guān)注的；理開發(fā)方面必須關(guān)注的； 目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很小，造目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很小，造成散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應(yīng)對，成散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應(yīng)對，必須開發(fā)必須開發(fā)專用的零部件專用的零部件。v 整車與動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)整車與動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì) 燃料電池汽車整車性能參數(shù)是整個(gè)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)的燃料電池汽車整

27、車性能參數(shù)是整個(gè)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)的信息輸入，而虛擬配置的動(dòng)力系統(tǒng)的特性參數(shù)也影響項(xiàng)目整車性信息輸入，而虛擬配置的動(dòng)力系統(tǒng)的特性參數(shù)也影響項(xiàng)目整車性能。兩者之間的參數(shù)選擇是一個(gè)能。兩者之間的參數(shù)選擇是一個(gè)多變量多目標(biāo)多變量多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，而且參數(shù)選擇與行駛工況和控制策略緊密相關(guān)。而且參數(shù)選擇與行駛工況和控制策略緊密相關(guān)。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 多能源動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理策略多能源動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理策略 能量管理策略對燃料經(jīng)濟(jì)性影響很大，且受到動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)能量管理策略對燃料經(jīng)濟(jì)性影響很大，且受到動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。和行駛工況的雙重影響。 完成能量管

28、理策略的工況適應(yīng)性開發(fā)后，其核心問題轉(zhuǎn)變?yōu)橥瓿赡芰抗芾聿呗缘墓r適應(yīng)性開發(fā)后，其核心問題轉(zhuǎn)變?yōu)楣β史峙鋬?yōu)化功率分配優(yōu)化，當(dāng)然還必須考慮一些限制條件。按照是否考慮這，當(dāng)然還必須考慮一些限制條件。按照是否考慮這些變量的歷史狀態(tài)，可以把功率分配策略分為些變量的歷史狀態(tài)，可以把功率分配策略分為瞬時(shí)瞬時(shí)與與非瞬時(shí)非瞬時(shí)策略策略兩大類。兩大類。v 燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 目前燃料電池電動(dòng)汽車絕大多數(shù)采用的是混合式燃料電池驅(qū)目前燃料電池電動(dòng)汽車絕大多數(shù)采用的是混合式燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)系統(tǒng)，并聯(lián)式并聯(lián)式和和串聯(lián)式串聯(lián)式兩種。兩種。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池電動(dòng)

29、汽車的基本結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 串聯(lián)式并聯(lián)式燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī) 在在FCEVFCEV所采用的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中，為保證所采用的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中，為保證PEMFCPEMFC（質(zhì)子交換（質(zhì)子交換膜燃料電池）膜燃料電池）組的正常工作，除以組的正常工作，除以PEMFCPEMFC組為核心外，還裝有氫氣組為核心外，還裝有氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應(yīng)生成物的處理系供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應(yīng)生成物的處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。v 以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

30、系統(tǒng) 氫氣供應(yīng)、管理和回收系統(tǒng)氫氣供應(yīng)、管理和回收系統(tǒng) 氣態(tài)氫的儲(chǔ)存裝置通常用氣態(tài)氫的儲(chǔ)存裝置通常用高壓儲(chǔ)氣瓶高壓儲(chǔ)氣瓶來裝載。液態(tài)氫氣雖然來裝載。液態(tài)氫氣雖然比能量高于氣態(tài)氫，由于液態(tài)氫氣是處于高壓狀態(tài)，不但需要用比能量高于氣態(tài)氫，由于液態(tài)氫氣是處于高壓狀態(tài)，不但需要用高壓儲(chǔ)氣瓶儲(chǔ)存，還要用低溫保溫裝置來保持低溫，低溫的保溫高壓儲(chǔ)氣瓶儲(chǔ)存，還要用低溫保溫裝置來保持低溫，低溫的保溫裝置是一套復(fù)雜的系統(tǒng)。裝置是一套復(fù)雜的系統(tǒng)。氧氣供應(yīng)和管理系統(tǒng)氧氣供應(yīng)和管理系統(tǒng) 氧氣的來源有從空氣中獲取氧氣或從氧氣罐中獲取氧氣，空氧氣的來源有從空氣中獲取氧氣或從氧氣罐中獲取氧氣，空氣需要用壓縮機(jī)來提高壓力，以增

31、加燃料電池反應(yīng)的速度。氣需要用壓縮機(jī)來提高壓力，以增加燃料電池反應(yīng)的速度。 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車水循環(huán)系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng) 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在反應(yīng)過程中將產(chǎn)生燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在反應(yīng)過程中將產(chǎn)生水和熱量水和熱量，在水循環(huán)系，在水循環(huán)系統(tǒng)中用冷凝器、氣水分離器和水泵等對反應(yīng)生成的水和熱量進(jìn)行統(tǒng)中用冷凝器、氣水分離器和水泵等對反應(yīng)生成的水和熱量進(jìn)行處理，其中一部分水可以用于處理，其中一部分水可以用于空氣的加濕空氣的加濕。電力管理系統(tǒng)電力管理系統(tǒng) 燃料電池所產(chǎn)生的是直流電，需要經(jīng)過燃料電池所產(chǎn)生的是直流電，需要經(jīng)過DC/DCDC/DC變換器變換器進(jìn)行調(diào)壓，進(jìn)行調(diào)壓，在采用交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還需

32、要用在采用交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還需要用逆變器逆變器將直流電轉(zhuǎn)換將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電。為三相交流電。 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車、氫氣儲(chǔ)存罐氫氣儲(chǔ)存罐、氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表、熱交換器熱交換器、氫氣循環(huán)泵氫氣循環(huán)泵、冷凝器及氣水分離器冷凝器及氣水分離器、水箱水箱、水泵水泵、空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)、加濕器及去離子過濾裝置加濕器及去離子過濾裝置1010、燃料電池組燃料電池組1111、電源開關(guān)電源開關(guān)1212、變換器變換器1313、逆變器逆變器1414、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車、驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、逆

33、變器逆變器、輔助電源裝置輔助電源裝置、燃料電池發(fā)動(dòng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī) 、空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)8 8 、氫氣儲(chǔ)存罐氫氣儲(chǔ)存罐 氫氣供應(yīng)系統(tǒng)輔助裝置氫氣供應(yīng)系統(tǒng)輔助裝置1010、中央控制器中央控制器 11 11、變換器變換器燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 輔助動(dòng)力源輔助動(dòng)力源 在在FCEVFCEV上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是主要電源，另外還配備有輔助動(dòng)上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是主要電源，另外還配備有輔助動(dòng)力源。根據(jù)力源。根據(jù)FCEVFCEV的設(shè)計(jì)方案不同，其所采用的輔助動(dòng)力源也有所的設(shè)計(jì)方案不同，其所采用的輔助動(dòng)力源也有所不同，不同， 可以用蓄電池組、飛輪儲(chǔ)能器或超大容量電容器等共同組可以用蓄電池組、飛輪儲(chǔ)能器或

34、超大容量電容器等共同組成成雙電源系統(tǒng)雙電源系統(tǒng)。在具有雙電源系統(tǒng)的。在具有雙電源系統(tǒng)的FCEVFCEV上，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源上，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源可以出現(xiàn)以下驅(qū)動(dòng)模式。可以出現(xiàn)以下驅(qū)動(dòng)模式。 在在FCEVFCEV起動(dòng)起動(dòng)時(shí)，由輔助動(dòng)力源提供電能帶動(dòng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，由輔助動(dòng)力源提供電能帶動(dòng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，或帶動(dòng)車輛起步。起動(dòng)，或帶動(dòng)車輛起步。 車輛車輛行駛行駛時(shí)，由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)所需全部電能，剩時(shí)，由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)所需全部電能，剩余的電能儲(chǔ)存到輔助動(dòng)力源裝置中。余的電能儲(chǔ)存到輔助動(dòng)力源裝置中。 在在加速和爬坡加速和爬坡時(shí)，若燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供的電能還不足以滿時(shí)，若燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

35、提供的電能還不足以滿足足FCEVFCEV驅(qū)動(dòng)功率要求，則由輔助動(dòng)力源提供額外的電能，使驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率要求，則由輔助動(dòng)力源提供額外的電能，使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率或轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，形成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的功率或轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，形成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力源同時(shí)供電的雙電源的供電模式。源同時(shí)供電的雙電源的供電模式。燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車 貯存貯存制動(dòng)時(shí)反饋制動(dòng)時(shí)反饋的電能，以及向車輛的各種電子、電器設(shè)備的電能，以及向車輛的各種電子、電器設(shè)備提供所需要的電能。提供所需要的電能。 v DC/DC變換器變換器 裝置裝置DC/DCDC/DC的必要性的必要性 FCEVFCEV采用的電源有各自的特性

36、，燃料電池只提供直流電，電采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不可能接受外電源壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不可能接受外電源的充電，電流的方向只是的充電，電流的方向只是單向流動(dòng)單向流動(dòng)。 FCEVFCEV采用的輔助電源（蓄電池和超級(jí)電容器）在充電和放電采用的輔助電源（蓄電池和超級(jí)電容器）在充電和放電時(shí)，也是以直流電的形式流動(dòng)，但電流的方向是可逆性流動(dòng)。時(shí)，也是以直流電的形式流動(dòng)，但電流的方向是可逆性流動(dòng)。 FCEVFCEV上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定狀態(tài)。狀態(tài)。DC

37、/DCDC/DC變換器的基本功能變換器的基本功能 當(dāng)輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，當(dāng)輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能輸出負(fù)載要求的變能輸出負(fù)載要求的變 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車化化范圍的直流電壓范圍的直流電壓，例如，輸入電壓最低時(shí)也能達(dá)到最高輸出電，例如，輸入電壓最低時(shí)也能達(dá)到最高輸出電壓，輸入電壓最高時(shí)也能達(dá)到最低輸出電壓等。壓，輸入電壓最高時(shí)也能達(dá)到最低輸出電壓等。 輸出負(fù)載要求的直流電流（范圍輸出負(fù)載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的直流負(fù)）：能夠輸出足夠的直流負(fù)載電流，并且能夠允許在足夠?qū)挼呢?fù)載變化范圍的情況下（例如，載電流，并且能夠允許在足夠?qū)挼呢?fù)載變化范圍的情況下（

38、例如，從空載到滿載，即電流從零到最大從空載到滿載，即電流從零到最大) )，設(shè)備能正常運(yùn)行（例如，電，設(shè)備能正常運(yùn)行（例如，電壓穩(wěn)定、不損壞器件）。壓穩(wěn)定、不損壞器件）。FCEVFCEV車載車載DC/DCDC/DC的功能的功能 調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓 調(diào)節(jié)整車能量分配調(diào)節(jié)整車能量分配 穩(wěn)定整車直流母線電壓穩(wěn)定整車直流母線電壓FCEVFCEV車載車載DC/DCDC/DC的要求的要求 變換器是能量傳遞部件，因此需要轉(zhuǎn)換效率高，以便提高能變換器是能量傳遞部件，因此需要轉(zhuǎn)換效率高，以便提高能源的利用率；源的利用率； 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車 為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應(yīng)具有升壓功為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應(yīng)具有升壓功能；能； 由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運(yùn)行進(jìn)行穩(wěn)壓，由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運(yùn)行進(jìn)行穩(wěn)壓，為了給驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力；為了給驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力； 體積小，重量輕。體積小，重量輕。 燃料電池電動(dòng)汽車燃料電池電動(dòng)汽車v 電控系統(tǒng)電控系統(tǒng) 燃料電池汽車的動(dòng)力電控系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系燃料電池汽車的