燃料电池汽车

燃料电池汽车主讲人：anan主要探究的内容第一部分汽车行业的发展以及新能源汽车的一些常识1、简单介绍汽车的产生与发展2、为什么要发展新能源汽车3、研发新能源汽车的意义4、什么叫新能源汽车呢？5、新能源汽车的分类及其各自的特点第二部分重点介绍燃料电池1、燃料电池的工作原理2、氢的制取途径3、关进技术4、重点讲述燃料电池（主要是PEMFC）5、燃料电池汽车发展亟待解决的问题6、国内外研究现状7、发展前景汽车的诞生与发展1.1769年，瓦特与博尔顿合作，发明了装有冷凝器的蒸汽机。1774年11月，他俩又合作制造了真正意义的蒸汽机。蒸汽机曾推动了机械工业甚至社会的发展，并为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础。2，1769年，法国人N·J·居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车。这辆汽车被命名为“卡布奥雷”，车长7.32m，车高2.2m，车架上放置着一个像梨一样的大锅炉，前轮直径1.28米，后轮直径1.50米，前进时靠前轮控制方向，每前进12～15min需停车加热15min，运行速度3.5～3.9km/h。1771年造出第二部车，没有真正跑过，现置于法国巴黎国家艺术馆展出。尽管居纽的这项发明失败了，但却是古代交通运输（以人、畜或帆为动力）与近代交通运输（动力机械驱动）的分水岭，具有划时代的意义。世界上第一辆蒸汽三轮车3.1872年，德国工程师和发明家，戴姆勒设计出了四冲程的发动机，因此他被称为现代汽车工业先驱。戴姆勒设计的四冲程发动机3.世界上第一辆汽车是由德国人卡尔·本茨（1844～1929）于1885年10月研制成功的，一举奠定了汽车设计基调，即使现在的汽车也跳不出这个框框。他于1886年1月29日向德国专利局申请汽车发明的专利，同年的11月2日专利局正式批准发布。因此，1886年1月29日被公认为是世界汽车的诞生日，本茨的专利证书也成为了世界上第一张汽车专利证书。因此，本茨被称为“现代汽车之父”。本茨和他的汽车现代汽车行业的发展：经过一百多年的发展，汽车行业也迎来了它蓬勃发展的几十年。截止到2014年中国汽车保有量达到1.54亿辆，而同期世界范围内汽车拥有量差不多为12亿量。形成了以：通用福特戴姆勒-克莱斯勒丰田大众本田日产标致-雪铁龙菲亚特宝马等为龙头各个品牌汽车蓬勃发展的局面。国产汽车中：比亚迪、吉利、奇瑞等通过科技创新也在一步步缩小着与世界发达国家之间的距离。为什么要发展新能源汽车--发展新能源汽车是当今世界的时代潮流和必然选择。1.近年来，曾支撑20世纪人类文明高速发展的以石油、煤炭和天然气为主的石化能源出现了前所未有的危机，除其储藏量不断减少.2.汽车作为空气污染的最大贡献者，石化能源在使用后产生的二氧化碳气体排放到大气中后，人为地导致了全球变暖，酸雨等环境问题。3.冰川融化，海平面上升使好多岛屿和海拔较低的地区直接受到被淹没的危机。4.汽车尾气的排放严重危及人类的健康，导致癌症和呼吸道疾病增多。尤其是少年儿童的健康受到影响。居世界卫生组织的一项调查表明，在导致全球儿童死亡的原因中呼吸系统疾病位列首位。汽油柴油为动力的汽车难逃罪责。研发新能源汽车的意义为了减少对化石燃料的依赖，减少因为环境污染带来的一系列问题，人类必须找一种新的能源去替代之前的常规燃料，新能源汽车的研发成为了一个新的转折点。新能源汽车的开发有可能成为未来最重要的经济增长引擎，成为最有创造就业和财富能力的新经济支柱。在汽车发展史上有里程碑式的意义。什么叫新能源汽车呢？新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车的分类：纯电动汽车混合动力汽车燃料电池电动汽车氢发动机汽车纯电动汽车纯电动汽车(BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵；至于使用成本，有些试用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/7~1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。混合动力汽车混合动力汽车(HybridElectricVehicle，HEV)是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，混合动力汽车有多种形式。优点：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，发动机相对较小（downsize），此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池，可以十分方便地回收下坡时的动能。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。7、整车由于多个动力源，可同时工作，整车的动力性优良。缺点：系统结构相对复杂；长距离高速行驶省油效果不明显燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车(FCEV)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作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种，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。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水污染。3、降低了温室气体的排放。4、燃油电池的转化效率高（60%左右），整车燃油经济性良好。5、运行平稳、无噪声。缺点：燃料电池成本高昂，同时使用成本（氢）也昂贵。氢发动机汽车氢发动机汽车是以氢发动机为动力源的汽车。一般发动机使用的燃料是柴油或汽油，氢发动机使用的燃料是气体氢。氢发动机汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染、零排放、储量丰富等优势。优点：排放物是纯水，行驶时不产生任何污染物。缺点：氢燃料成本过高，而且氢燃料的存储和运输按照技术条件来说非常困难，因为氢分子非常小，极易透过储藏装置的外壳逃逸。另外最致命的问题，氢气的提取需要通过电解水或者利用天然气，如此一来同样需要消耗大量能源，除非使用核电来提取，否则无法从根本上降低二氧化碳排放。燃料电池汽车和纯电动汽车的区别？燃料电池汽车也可以算作电动汽车，但你可以在五分钟内给电池灌满燃料，而不是等上几个小时来充满电。燃料电池汽车也是电动汽车，只不过“电池”是氢氧混合燃料电池。和普通化学电池相比，燃料电池可以补充燃料，通常是补充氢气。一些燃料电池能使用甲烷和汽油作为燃料，但通常是限制在电厂和叉车等工业领域使用。关于燃料电池汽车工作原理燃料电池汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧气发生氧化还原化学反应，产生出电能来带动电动机工作，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前桥（或后桥）等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。其核心部件燃料电池。通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能动力。氢燃料的制取途径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（甲烷、汽油等）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。储氢罐一般放置于底盘的中部,或后排座椅的下方空间(传统内燃机轿车的油箱位置),将氢气罐分散存储关键技术燃料电池汽车的关键能源动力技术包括电池技术、电机技术、控制器技术。电池技术、电机技术和控制器技术是电动汽车所特有的技术，这3项技术也是一直制约电动汽车大规模进入市场的关键因素。电机技术电动汽车驱动电机是所有电动汽车必不可少的关键部件。使用较多的有直流有刷、永磁无刷、交流感应和开关磁阻4种电机。直流有刷电机：结构简单，技术成熟，具有交流电机所不可比拟的优良电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，仍是国内外电动汽车用电机的主要研发对象。但是，由于直流电机价格高，体积和质量大，因此在电动汽车上的应用受到了限制。永磁无刷电机：可以分为由方波驱动的无刷直流电机系统(BLD—CM)和由正弦波驱动的无刷直流电机系统(PMSM)，它们都具有较高的功率密度，其控制方式与感应电机基本相同，其主要优点是效率可以比交流感应电机高6个百分点，因此在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点。这类电机具有较高的能量密度和效率，其体积小、惯性低、响应快，非常适应于电动汽车的驱动系统，有极好的应用前景。但价格较贵，永磁材料一般仅耐热12c=0I以下。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机。交流感应电机也是较早用于电动汽车驱动的一种电机，它的调速控制技术比较成熟，具有结构简单、体积小、质量小、成本低、运行可靠、转矩脉动小、噪声低、转速极限高和不用位置传感器等优点，但因转速控制范围小、转矩特性不理想，因此不适合频繁启动、频繁加减速的电动汽车。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电机。开关磁阻电机(SRM)具有简单可靠、可在较宽转速和转矩范围内高效运行，控制灵活、4象限运行、响应速度快和成本较低等优点。但实际应用发现，SRM存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以应用受到了限制。4种电机各有优缺点，但是对于电动汽车而言，由于电能是由各类电池提供的，价格昂贵而弥足珍贵，所以使用相对效率最高的永磁无刷电机是较为合理的，它已被广泛应用于功率小于100kW的现代电动汽车上。控制器技术控制器技术的变速和方向变换是靠电动机调速控制装置来完成的，其原理是通过控制电动机的电压和电流来实现电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀改变电机的端电压，控制电机的电流，来实现电机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用将成为必然的趋势。在驱动电机的旋向变换控制中，直流电机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电机的旋向变换，这使得控制电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电机驱动时，电机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。二十一世纪以来，由感应电动机驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。矢量控制又有最大效率控制和无速度传感器矢量控制，前者是使励磁电流随着电动机参数和负载条件的变化，从而使电动机的损耗最小、效率最大；后者是利用电机电压、电流和电机参数来估算出速度，不用速度传感器，从而达到简化系统、降低成本、提高可靠性的目的。直接转矩控制克服了矢量控制中解耦的问题，把转子磁通定向变换为定子磁通定向，通过控制定子磁链的幅值以及该矢量相对于转子磁链的夹角，从而达到控制转矩的目的。由于直接转矩的控制手段直接、结构简单、控制性能优良和动态响应迅速，因此非常适合电动汽车的控制。随着电机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电