第章燃料电池汽车讲解.ppt

第６章　燃料电池汽车 邮箱：gdtst99@163.com 网上教学资源： * 世界节能与新能源发展动向 世界电驱动汽车整车发展现状 混合动力汽车技术不断优化提升，节油率最高达到40%以上， 混合动力汽车全球销量超过400万辆，已经实现商业化， 插电式混合动力汽车成为研发与产业化的热点。 HEV 纯电动汽车采用高性能锂离子电池和一体化电力驱动系统等各种高新技术，性价比得到提高，且呈现“小型化”趋势， 众多汽车公司加快新一代纯电动汽车上市步伐。纯电动汽车推广规模已超过2万辆。 BEV 燃料电池汽车在可靠性和成本控制等方面取得了长足的进步， 示范考核更加深入，全球投入商业化示范运行的燃料电池汽车数量累计超过800辆。 FCEV 燃料电池汽车 混合动力汽车 纯电动汽车 能源管理模块 整车标定和匹配 FCEV DC/DC变换器 能源管理模块 整车标定和匹配 BEV 纯电动车整车技术 能源管理模块 整车标定和匹配 HEV 混合动力整车技术 机电耦合技术 ISA/ISG技术 多能源动力总成控制系统 control system of multi-energy powertrain 电机驱动系统和控制单元 electric motor propulsion system and control unit 动力电池和电池组管理系统 management system of power battery and battery pack 6.1　燃料电池特点 燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电机”。燃料电池的高效率、无污染、建设周期短以及易维护的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。 燃料电池与普通电池的区别 燃料电池是一种能量转换装置，普通蓄电池是一种能量储存装置，这是燃料电池与普通电池本质的区别。 燃料电池的技术性能确定后，其放电特性是连续进行的。普通蓄电池的技术性能确定后，其放电特性是间断进行的。 区别 燃料电池需要一套燃料储 存装置和附属设备，在工 作过程中，质量逐渐减轻。普通蓄电池没有其他辅助设备，蓄电池的质量和体积基本不变。  燃料电池在产生电能时 ，氢不断地消耗不再重复使用。普通蓄电池的活性物质反复进行可逆性化学变化，活性物质并不消耗 6.2　燃料电池的工作原理 氢燃料电池的基本工资原理非常简单，第一个燃料电池的演示装置由律师、科学家William Grove在1839年发明的，实验装置如图6-1（a）和（b）所示。 特点 燃料电池的特点 能量转化效率高 有害气体及噪音排放低，无机械振动 燃料适用范围广 积木化强 负荷响应快，运行质量高 燃料电池历史 固体氧化物燃料电池（SOFC）已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核 碱性 磷酸 熔融碳酸盐 固体氧化物 碱性燃料电池（AFC）已在宇航领域广泛应用，质子交换膜燃料电池（PEMFC）已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用，直接甲醇燃料电池主要应用于电子器件电源等方面 磷酸燃料电池（PAFC）常作为中型电源 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）也已完成工业试验阶段 燃料电池原理 与一般电池不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。 电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。下面以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池工作原理： 氢-氧燃料电池工作原理 燃料电池(Fuel Cell)是一种新型的发电装置，通过电化学反应直接将贮存在氢中的化学能转化为电能。 我是氧气！ 我是氢气！ 氢-氧燃料电池工作原理 电极反应 负极：H2+2OH-→2H2O+2e- 正极：1/2O2+ H2O+ 2e-→2OH- 电池反应：H2 +1/2O2=H2O 燃料电池分类 质子交换膜 PEMFC 固体氧化物 SOFC 碱性 AFC 熔融碳酸盐 MCFC 磷酸 PAFC 其他 不同燃料电池的基本情况 电池类型 MCFC SOFC PAFC AFC PEMFC 电解质 K3/Li2CO3 Na3/Li2CO3 氧化钇,稳定的氧化锆 H3PO4 KOH 全氟磺酸膜 燃料 净化煤气 天然气 重整气 净化煤气 天然