新能源汽车技术：燃料电池电动汽车PPT教学课件.pptx

第六章;;燃料电池电动汽车(fuelcellelectricvehicle,FCEV)从驱动方式说也是纯电动汽车的一种,它不以内燃机,而是以动力电池作为提供能量的方式。只是这里的“动力电池”不再是广泛认知的蓄电池类,而是燃料电池。它是一种连续电池,需要一直从外界不断输入活性物质才能促使化学反应连续地、不断地进行。;;1.燃料电池与氢能源

燃料电池并不燃烧燃料,而是以氢气和氧气发生的电化学反应提供电能,只要氢气和氧气一直处于供给状态,整个化学反应就会一直进行下去,这是一种没有物体运动就获得电力的静态发电方式。所以燃料电池就是氢动力电池。氢是一种非常优质的燃料,也是地球上最丰富的元素之一。与等量的化石燃料相比,它的比能量非常高,1kg氢的能量是1kg汽油能量的3倍。

2.燃料电池的优缺点

燃料电池本身以氢和氧提供电能,所以不会产生任何碳排放,排放的只有水和热量。

燃料电池的能量效率比一般内燃机高,可达到40%以上。

此外,如果利用燃料电池作为汽车动力源,其运动部件非常少,稳定性更强。

虽然目前燃料电池电动汽车的设计和研究很多,但是还没有一款燃料电池电动汽车可以量产化,其主要原因是成本高、缺少加燃料的基础设施、无安全保障、汽车续驶里程不足,以及不能经久耐用和解决冷起动问题等。;3.燃料电池电动汽车的分类

按照主要燃料种类,燃料电池汽车可分为以纯氢气为燃料的FCEV与经过重整后产生的氢气为燃料的FCEV。

按照“多电源”的配置不同,燃料电池汽车可分为纯燃料电池驱动(PFC)的FCEV、燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)的FCEV、燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)的FCEV、燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动(FC+B+C)的FCEV。

1)纯燃料电池驱动的FCEV

如图6-1所示,纯燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源,汽车的所有功率负

荷都由燃料电池承担。;2)燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)的FCEV

如图6-2所示,该结构为一典型的串联式混合动力结构。在该动力系统结构中,燃料电池和蓄电池一起为驱动电动机提供能量,驱动电动机将电能转化成机械能传??传动系统,从而驱动汽车前进;在汽车制动时,驱动电动机变为发电动机,蓄电池将储存回馈的能量。

(1)优点。

由于增加了比功率价格相对低得多的蓄电池组,系统对燃料电池的功率要求较纯燃料电池结构形式有很大的降低,从而大大降低了整车成本;燃料电池可以在比较好的设定的工作条件下工作,工作时燃料电池的效率较高;系统对燃料电池的动态响应性能要求较低;汽车的冷起动性能较好;制动能量回馈的采用可以回收汽车制动时的部分动能,该措施可能会增加整车的能量效率。

(2)缺点。

蓄电池的使用使得整车的质量增加,动力性和经济性受到影响,这一点在能量复合型混合动力汽车表现得更为明显;蓄电池充放电过程会有能量损耗;系统变得复杂,系统控制和整体布置难度增加。;3)燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)的FCEV

这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似,只是把蓄电池换成超级电容。相对于蓄电池,超级电容充放电效率高,能量损失小,比蓄电池功率密度大,在回收制动能量方面比蓄电池有优势,循环寿命长,但是超级电容的能量密度较小。随着超级电容技术的不断进步,这种结构将成为一种新的重要研究方向。

4)燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动(FC+B+C)的FCEV

如图6-3所示,燃料电池与蓄电池和超级电容联合驱动的电动汽车的动力系统结构也为串联式混合动力结构。在该动力系统结构中,燃料电池、蓄电池和超级电容一起为驱动电动机提供能量,驱动电动机将电能转化成机械能传给传动系统,从而驱动汽车前进;在汽车制动时,驱动电动机变成发电动机,蓄电池和超级电容将储存回馈的能量。;这种结构形式相比燃料电池+蓄电池的结构形式的优势更加明显,尤其是在部件效率、动态特性、制动能量回馈等方面。而其缺点也更加明显:增加了超级电容,整个系统的质量将可能增加;系统更加复杂化,系统控制和整体布置的难度也随之增大。

总的来说,如果能够对系统进行很好的匹配和优化,这种结构带来的汽车的良好性能具有很大的吸引力。在三种混合驱动中,FC+B+C组合被认为能够最大限度地满足整车起动、加速、制动的动力和效率需求,但成本最高,结构和控制也最为复杂。目前燃料电池电动汽车动力系统的一般结构是FC