燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車學(xué)習(xí)目錄1學(xué)習(xí)目標(biāo)2情景導(dǎo)入3知識提升4項(xiàng)目小結(jié)5思考測試燃料電池電動汽車學(xué)習(xí)目標(biāo)能力目標(biāo)能讀取汽車信息顯示屏的各種信息及使用各操縱機(jī)構(gòu)；能進(jìn)行燃料電池電動汽車的維護(hù)；能列出供電常見故障,并分析故障原因。素養(yǎng)目標(biāo)通過查詢資料養(yǎng)成使用汽車維修手冊的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣；通過完成實(shí)訓(xùn)工作任務(wù)，培養(yǎng)規(guī)范操作意識和安全生產(chǎn)意識（尤其是高壓部分的安全操作）。知識目標(biāo)掌握燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型及工作原理；掌握燃料電池電動汽車的工作原理。

張先生購買了豐田Mirai燃料電池電動汽車。交車時，4S店派出了售后服務(wù)工程師就車輛的使用與日常維護(hù)對張先生進(jìn)行了培訓(xùn)與指導(dǎo)。情景導(dǎo)入知識提升

主要內(nèi)容1.燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)2.燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理3.燃料電池汽車的工作原理4.燃料電池電動汽車的使用與維護(hù)5.燃料電池電動汽車供電常見故障6.國內(nèi)、外燃料電池汽車研發(fā)、使用現(xiàn)狀知識提升一、燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)

1.燃料電池電動汽車定義及特點(diǎn)

燃料電池電動汽車（FuelCellElectricVehicle，簡稱FCEV），它是以燃料電池作為單一動力源或是以燃料電池系統(tǒng)與可充電儲能系統(tǒng)作為混合動力源的電動的汽車。知識提升一、燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)1）零排放，不污染環(huán)境。2）能量轉(zhuǎn)化效率高。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60～80%。3）氫燃料來源廣泛，可以從可再生能源獲得。4）燃料電池成本過高，而且燃料的存儲和運(yùn)輸按照目前的技術(shù)條件來說非常困難。5）燃料電池汽車的技術(shù)復(fù)雜。知識提升一、燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)

2.燃料電池電動汽車的組成

FCEV一般由燃料罐、燃料電池、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)和蓄電池組等部分構(gòu)成（圖6-1所示）。

圖6-1

燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)

(1)燃料電池組

以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，單體燃料電池主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層、氣體擴(kuò)散層、陽極和陰極等組成，如圖6-2所示。圖6-2單體燃料電池的組成知識提升一、燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)

燃料電池工作時，外界不斷供給氫氣往陽極，供給空氣往陰極（圖6-3），在催化劑（鉑、多孔石墨等）作用下，產(chǎn)生如下反應(yīng)：

圖6-3燃料電池的工作原理

知識提升一、燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)

2）控制系統(tǒng)（圖6-4）用于控制燃料電池堆的反應(yīng)過程和電動機(jī)的運(yùn)行過程，所有工作狀態(tài)由各種傳感器采集，集中反饋到整車控制器，由各控制器控制燃料電池組和驅(qū)動電機(jī)以及儲氫罐安全運(yùn)行。

圖6-4燃料電池汽車工作狀態(tài)監(jiān)控管理知識提升一、燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)

3）驅(qū)動系統(tǒng)

燃料電池的電流需要經(jīng)過專用的大功率動力DC/DC轉(zhuǎn)換器，將燃料電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓的直流電流，然后經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電輸送給驅(qū)動電動機(jī)，驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。知識提升一、燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)

4）輔助動力系統(tǒng)。通常在FCEV上還要裝配一個蓄電池組作為輔助電源，其作用：①用于FCEV快速起動；②用于儲存FCEV在再生制動時反饋的電能；③為電動汽車控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等電氣設(shè)備提供低壓電源。燃料電池電動汽車的工作原理圖如圖6-5所示。

圖6-5

燃料電池電動汽車的工作原理圖溫馨提示:燃料電池電動汽車的結(jié)構(gòu)組成與工作原理請掃視頻6.1二維碼觀看知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理1.燃料電池汽車的分類

（1）按燃料類別和反應(yīng)機(jī)理

分為氫型、碳型、氮型和有機(jī)物型燃料電池。

（2）按電池工作溫度

分為高溫燃料電池、中溫燃料電池和常溫燃料電池。

（3）按電解液類別

有質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池。

知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理各種類型燃料電池對比如表6-1所示。

表6-1

各種類型燃料電池對比知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

2.燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）質(zhì)子交換膜燃料電池

采用氟系高分子膜作為電解質(zhì)，工作溫度60~100℃。單體燃料電池由質(zhì)子交換膜、催化劑層、氣體擴(kuò)散層、雙極板（陰極、陽極）四種基本元件組成（圖6-6）。

圖6-6質(zhì)子交換膜燃料電池組成

工作時，氫在陽極被轉(zhuǎn)變成氫離子的同時釋放出電子，電子通過外電路回到電池陰極，與此同時，氫離子則通過電池內(nèi)部高分子膜電解質(zhì)到達(dá)陰極。在陰極，氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)檠踉?，氧原子得到從陰極傳過來的電子變成氧離子，和氫離子結(jié)合生成水。知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

（2）熔融碳酸鹽燃料電池

這種電池使用溶化的碳酸鹽（碳酸鋰、碳酸鉀）作為電解質(zhì)，由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。

圖6-7溶融碳酸鹽燃料電池工作原理

工作溫度600~700℃，高溫下，這種鹽就會溶解，產(chǎn)生碳酸根離子，從陰極流向陽極，與氫結(jié)合生成水、二氧化碳和電子。電子然后通過外部回路返回到陰極，在這時過程中發(fā)電（圖6-7）。

知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

（3）固態(tài)氧化物燃料電池

屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。其單電池由陽極、陰極和固體氧化物電解質(zhì)組成（圖6-8）

在這種燃料電池中，在陰極發(fā)生氧化劑（氧或空氣）的電還原反應(yīng)，即氧氣接觸電子后生成氧離子（O2-），O2-進(jìn)入電解質(zhì)借助電解質(zhì)中的氧空位向陽極遷移。氧的電還原反應(yīng)可由下式表示：

圖6-8

固態(tài)氧化物燃料電池的工作原理圖知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

圖6-8

固態(tài)氧化物燃料電池的工作原理圖

在陽極發(fā)生燃料（氫或富氫氣體）的電氧化反應(yīng)，即氫與經(jīng)電解質(zhì)傳導(dǎo)過來的氧離子O2-反應(yīng)生成水，同時外電路釋放電子，電子經(jīng)外電路到達(dá)陰極。氫的電氧化反應(yīng)可由下式表示：電池的總反應(yīng)是氧與氫反應(yīng)生成水：

知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

（4）磷酸燃料電池

是當(dāng)前商業(yè)化發(fā)展得最快的一種燃料電池。

圖6-9單體磷酸燃料電池工作原理知識提升二、燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

（5）堿性燃料電池該電池用堿性液體氫氧化鉀等作為電解質(zhì)，工作溫度是室溫，是早期開發(fā)的產(chǎn)品。

AFC以氫為燃料，純氧或者脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑。工作原理如圖6-10所示。陽極：陰極：

圖6-10堿性燃料電池工作原理知識提升三、燃料電池汽車的工作原理

豐田Mirai汽車外觀與動力搭載如圖6-11所示，燃料電池與能量控制單元布置于車輛前艙區(qū)域，3個高壓氫罐被設(shè)計(jì)在座艙底部呈T形布置，驅(qū)動電機(jī)與動力電池位于后軸區(qū)域。

圖6-11豐田Mirai燃料電池電動汽車外觀與動力搭載知識提升三、燃料電池汽車的工作原理

豐田Mirai汽車工作原理如圖6-12所示，氫氣與空氣中的氧氣在燃料電池發(fā)生化學(xué)反生產(chǎn)生電能和水，電能驅(qū)動汽車行駛。

圖6-12豐田Mirai燃料電池電動汽車工作原理圖知識提升三、燃料電池汽車的工作原理

如圖6-13所示，豐田Mirai汽車是一輛汽車，還可以作為一個移動電站，在家里停電的緊急情況下，可以用它為用電器供電，最大可以提供9Kw功率。

圖16-13豐田Mirai燃料電池電動汽車為室內(nèi)供電知識提升四、燃料電池電動汽車的使用1.燃料電池電動汽車的使用以豐田Mirai汽車為例，與傳統(tǒng)汽車不同，使用時應(yīng)注意問題如下：1）應(yīng)熟讀車輛使用說明書，熟悉駕駛室配置（圖6-14）及各操縱機(jī)構(gòu)使用。

圖6-14豐田Mirai燃料電池電動汽車駕駛室配置1-轉(zhuǎn)向信號燈操縱桿和燈光按鈕2-多信息顯示屏3-儀表4-刮水器和車窗清洗按鈕5-緊急閃光燈按鈕6-多媒體顯示屏7-空調(diào)系統(tǒng)控制面板8-機(jī)艙蓋開啟按鈕9-轉(zhuǎn)向盤位置調(diào)整按鈕10-起動按鈕11-變速桿12-行李艙開啟按鈕知識提升四、燃料電池電動汽車的使用1.燃料電池電動汽車的使用2）應(yīng)熟悉汽車信息顯示屏的各種信息（圖6-15），尤其是與傳統(tǒng)汽車不同的信息。汽車信息顯示屏用于顯示燃油效率相關(guān)信息和各種類型的駕駛相關(guān)信息，還可用于更改顯示設(shè)置和其他設(shè)置。左側(cè)為氫燃料計(jì)量表，中間為行車電腦信息顯示區(qū)域，右側(cè)是擋位指示燈等。當(dāng)車輛啟動后，系統(tǒng)進(jìn)行自檢的同時，將會亮起各種指示燈。

圖6-15汽車信息顯示屏1-氫燃料計(jì)量表2-行車電腦信息顯示區(qū)域3-車速表4-時間5-擋位指示表6-車外環(huán)境溫度7-里程表和行程表知識提升四、燃料電池電動汽車的使用1.燃料電池電動汽車的使用

圖6-16行車ECU信息顯示區(qū)域表6-3豐田Mirai燃料電池電動汽車儀表盤部分信息知識提升四、燃料電池電動汽車的使用1.燃料電池電動汽車的使用表6-5顯示燃料電池系統(tǒng)狀態(tài)

圖6-17FC系統(tǒng)顯示與環(huán)保評定知識提升四、燃料電池電動汽車的使用2.燃料電池電動汽車的維護(hù)（1）充氫

充氫口在汽車左后方（圖6-18），氫壓力為70MPa，充氫瞬時

最高壓力是87.5MPa。充氫注意點(diǎn)如下：

1）充氫前，車窗和車門關(guān)閉，關(guān)掉能量按鈕，掛停車制動檔，關(guān)掉燈光。

2）充氫時，不要把香煙等明火靠近。

充氫時，充入的氣體很冷，充氫管和汽車充氫口的表面也會變的很冷，甚至表面會產(chǎn)生霜，剛剛充完氫后，不要用手去摸充氫管或者汽車充氫口，手有可能被凍傷。

3）不要使用指定以外的燃料，可能會產(chǎn)生故障。

4）充氫完成后必須把蓋子蓋上，如有異物進(jìn)入燃料充氫口，可能會產(chǎn)生氫泄漏等故障。

圖6-18

充氫知識提升四、燃料電池電動汽車的使用2.燃料電池電動汽車的維護(hù)（2）充電豐田Mirai是燃料電池堆給驅(qū)動用電池充電，不需要從車外充電，但是，車輛長時間放置的話，電池會有少量的放電，所以至少需要2-3個月充電30min或者行駛16km。萬一電池的電全部放完了，燃料電池系統(tǒng)不能啟動了，應(yīng)聯(lián)系豐田4S店。知識提升四、燃料電池電動汽車的使用2.燃料電池電動汽車的維護(hù)

（3）洗車時的注意點(diǎn)

1）電機(jī)室內(nèi)不要用水清洗，電器部分接觸到水，會引發(fā)車輛火災(zāi)。

2）前擋風(fēng)玻璃清洗時雨刮按鈕要打在OFF檔。如果打在AUTO檔，可能會導(dǎo)致雨刮運(yùn)動，產(chǎn)生夾到手等事故。

3）充燃料口的蓋子可以拿下來清洗，但是不能直接用水來沖洗充燃料的口，如果充燃料口有水進(jìn)入，會有引起故障。

4）用高壓洗車機(jī)的時候噴嘴的前端不能接近燃料電池堆、驅(qū)動產(chǎn)品、轉(zhuǎn)向器、懸架、制動部分的連接部，因?yàn)樗畨焊叩脑?，產(chǎn)品容易受到損傷。知識提升四、燃料電池電動汽車的使用2.燃料電池電動汽車的維護(hù)

（5）維修

1）更改出廠模式的時候，一定要去豐田4S店，因?yàn)槭褂昧烁邏弘?，可能會?dǎo)致重大的傷害。

2）要確認(rèn)電機(jī)室內(nèi)不要忘記工具和抹布，一旦檢查或者清掃使用的工具或者抹布忘在電機(jī)室內(nèi)了，會成為造成故障的原因，或者電機(jī)室內(nèi)的高溫引起車輛火災(zāi)。

3）更換電池的時候請使用車輛要求的專用電池，因?yàn)閺碾姵乩锂a(chǎn)生的氫一旦到室內(nèi)，可能會引起爆炸，如果要更換電池請回豐田銷售店。

電池更換要注意：濕淋淋的手不要換電池，會造成生銹；換電池時，電池以外的產(chǎn)品不要移動；不要弄彎電極。知識提升四、燃料電池電動汽車的使用2.燃料電池電動汽車的維護(hù)

（6）車載充電

在中控屏的下方設(shè)計(jì)一塊手機(jī)無線充電面板。中央扶手箱內(nèi)有兩個USB電源接口和一個12V的點(diǎn)煙器。在后排中間下方有2個USB電源接口。在行李箱配備1個1500W的220V交流插座，如圖6-19所示，其適用多種電器產(chǎn)品，可以應(yīng)對一般家庭4天的供電。

圖6-19220V交流插座知識提升五、燃料電池電動汽車供電常見故障燃料電池電動汽車供電常見故障見表6-5。表6-5燃料電池電動汽車供電常見故障知識提升六、國內(nèi)、外燃料電池汽車研發(fā)、使用現(xiàn)狀國內(nèi)外氫燃料電池汽車技術(shù)現(xiàn)狀對比,見表6-6。表6-6國內(nèi)外氫燃料電池汽車技術(shù)現(xiàn)狀對比知識提升六、國內(nèi)、外燃料電池汽車研發(fā)、使用現(xiàn)狀國內(nèi)外氫燃料電池汽車技術(shù)核心在于電堆,關(guān)鍵性能對比見表6-7(8)。表6-7(8)國內(nèi)外氫燃料電池汽車技術(shù)現(xiàn)狀對比

1.燃料電池電動汽車是通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>