新能源汽車技術NEWTECHNOLOGY第一節燃料電池電動汽車概述知識目標：1、了解燃料電池電動汽車的概念2、熟悉燃料電池電動汽車的分類3、掌握燃料電池電動汽車的要求4、熟悉燃料電池電動汽車的特點能力目標：1、能夠熟悉燃料電池電動汽車的概念、分類、要求、特點。職業素養目標：1、

做到工位6S標準2、了解時事政治和經濟發展趨勢，愿意為經濟社會發展作出貢獻第一節燃料電池電動汽車概述燃料電池電動汽車結構圖采用燃料電池作為電源的電動汽車稱為燃料電池電動汽車（FuelCellElectricVehicle，FCEV）。燃料電池電動汽車發展歷史不長，但與內燃機汽車相比，具有環保、節能的優勢；與純電動汽車相比，燃料電池電動汽車無需依賴蓄電池技術性能的完善。因此，燃料電池電動汽車已成為世界范圍內新能源汽車研究的熱點，且不斷地涌現出不同結構的燃料電池電動汽車。一、燃料電池電動汽車概述第一節燃料電池電動汽車概述二、燃料電池電動汽車的分類純燃料電動汽車按有無其它蓄能裝置分類0102混合型燃料電池電動汽車第一節燃料電池電動汽車概述二、燃料電池電動汽車的分類1、純燃料電池驅動（PureFuelCell，PFC）的燃料電池電動汽車；PFC汽車結構原理圖純燃料電池電動汽車只有燃料電池一個動力源，汽車的所有功率負荷都由燃料電池承擔，要求燃料電池的功率大。但由于燃料電池無法實現充電，因此無法實現電動汽車的制動能量回收。第一節燃料電池電動汽車概述二、燃料電池電動汽車的分類2、燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動（FC+B）的FCEV；FC+B電動汽車結構原理圖在電動汽車上再配備其他蓄能裝置（如蓄電池、超級電容和飛輪電池等），便成為混合型燃料電池電動汽車。由于蓄能裝置可協助供電，因而可以適當減小燃料電池的功率，而且蓄能裝置還可用于汽車制動時的能量回收，所以可提高燃料電池電動汽車的能量利用率。第一節燃料電池電動汽車概述3、燃料電池與超級電容聯合驅動（FC+C）的FCEV；這種結構形式與燃料電池+蓄電池結構相似，只是把蓄電池換成超級電容。相對于蓄電池，超級電容充放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回收制動能量方面比蓄電池有優勢，循環壽命長，但是超級電容的能量密度較小。4、燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯合驅動（FC+B+C）的FCEV燃料電池、蓄電池和超級電容一起為驅動電機提供能量，驅動電機將電能轉化成機械能傳給傳動系，驅動汽車前進；在汽車制動時，驅動電機變成發電機，蓄電池和超級電容將儲存回饋的能量。FC+B+C電動汽車二、燃料電池電動汽車的分類第一節燃料電池電動汽車概述二、燃料電池電動汽車的分類串聯式燃料電池電動汽車按燃料電池與蓄電池的結構關系分類0102并聯式燃料電池電動汽車第一節燃料電池電動汽車概述串聯式燃料電池電動汽車01串聯式燃料電池電動汽車燃料中電池相當于車載發電裝置，通過DC/DC轉換器進行電壓轉換后對蓄電池充電，再由蓄電池向電動機提供驅動車輛的全部電力。其優點是可采用小功率的燃料電池，但要求蓄電池的容量和功率足夠大，而且燃料電池發出的電能需要經過蓄電池的電化學轉換過程，從中有能量的轉換損失。串聯式二、燃料電池電動汽車的分類第一節燃料電池電動汽車概述02并聯式燃料電池電動汽車并聯式燃料電池電動汽車動力系統由燃料電池和蓄電池共同向電動機提供電力。并聯式燃料電池電動汽車可分為大燃料電池型電動汽車和小燃料電池型電動汽車，分類依據為燃料電池與蓄電池能量大小配置不同。并聯式二、燃料電池電動汽車的分類第一節燃料電池電動汽車概述二、燃料電池電動汽車的分類直接燃料電池電動汽車按提供的燃料分類0102直接燃料電池電動汽車的燃料主要是純氫，也可以用甲醇等作為燃料。直接燃料電池電動汽車的燃料排放無污染，被認為是最理想的汽車，但存在氫的制取和存儲困難等特點。重整燃料電池電動汽車重整燃料電池電動汽車的燃料主要有汽油、天然氣、甲醇、甲烷、液化石油氣等。重整燃料電池電動汽車的結構要比氫燃料電池電動汽車復雜得多。第一節燃料電池電動汽車概述二、燃料電池電動汽車的分類直接燃料電池電動汽車01直接燃料電池電動汽車的燃料主要是純氫，也可以用甲醇等作為燃料。直接燃料電池電動汽車的燃料排放無污染，被認為是最理想的汽車，但存在氫的制取和存儲困難等特點。第一節燃料電池電動汽車概述二、燃料電池電動汽車的分類02重整燃料電池電動汽車重整燃料電池電動汽車的燃料主要有汽油、天然氣、甲醇、甲烷、液化石油氣等。重整燃料電池電動汽車的結構要比氫燃料電池電動汽車復雜得多。第一節燃料電池電動汽車概述燃料電池的比能量、比功率達到規定要求。安全性、密封性構件有足夠強度和可靠性動力性能穩定，零污染減輕質量三、燃料電池電動汽車對燃料電池的要求第一節燃料電池電動汽車概述三、燃料電池電動汽車的特點優點您的標題能量轉換效率高污染小燃料電池電堆配置便捷燃料電池振動小，噪聲低，零部件加工簡單制造成本和使用成本過高輔助設備復雜啟動時間長缺點第二節燃料電池電動汽車的結構與原理知識目標：1、掌握燃料電池電動汽車結構2、掌握燃料電池電動汽車工作原理能力目標：1、能夠拆解燃料電池電動汽車相關結構2、能理解燃料電池電動汽車工作原理，并能夠判斷出簡單故障。職業素養目標：1、

做到工位6S標準2、了解時事政治和經濟發展趨勢，愿意為經濟社會發展作出貢獻第二節燃料電池電動汽車的結構與原理輔助動力源燃料電池系統DC/DC轉換器驅動電動機動力電控系統混合型燃料電池電動汽車的動力系統目前，燃料電池電動汽車絕大多數采用的是混合型燃料電池驅動系統。

在FCEV所采用的燃料電池發動機中，為保證PEMFC組的正常工作，除以PEMFC組為核心外，還裝有氫氣供給系統、氧氣供給系統、氣體加濕系統、反應生成物的處理系統、冷卻系統和電能轉換系統等。一、燃料電池系統第二節燃料電池電動汽車的結構與原理二、以氫為燃料的燃料電池發動機系統第二節燃料電池電動汽車的結構與原理二、以氫為燃料的燃料電池發動機系統

（1）氫氣供應、管理和回收系統氣態氫的儲存裝置通常用高壓儲氣瓶來裝載。液態氫氣雖然比能量高于氣態氫，由于液態氫氣是處于高壓狀態，不但需要用高壓儲氣瓶儲存，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雜的系統。（2）氧氣供應和管理系統氧氣的來源有從空氣中獲取氧氣或從氧氣罐中獲取氧氣，空氣需要用壓縮機來提高壓力，以增加燃料電池反應的速度。

（3）水循環系統燃料電池發動機在反應過程中將產生水和熱量，在水循環系統中用冷凝器、氣水分離器和水泵等對反應生成的水和熱量進行處理，其中一部分水可以用于空氣的加濕。第二節燃料電池電動汽車的結構與原理（4）電力管理系統燃料電池所產生的是直流電，需要經過DC/DC變換器進行調壓，在采用交流電動機的驅動系統中，還需要用逆變器將直流電轉換為三相交流電。二、以氫為燃料的燃料電池發動機系統１驅動輪２驅動系統３驅動電動機４ＤＣ／ＡＣ逆變器５輔助電源裝置６燃料電池發動機７空氣壓縮機8氫氣儲存罐９氫氣供應系統輔助裝置10中央控制器11ＤＣ／ＤＣ變換器第二節燃料電池電動汽車的結構與原理三、以甲醇為燃料的燃料電池發動機

（1）甲醇儲存裝置甲醇可以用普通容器儲存，不需要加壓或冷藏。

（2）燃燒器、加熱器和蒸發器

甲醇進入改質器之前，要蒸發成甲醇和純水的混合氣。

（3）重整器不同的碳氫化合物采用不同的重整技術，在重整過程中的溫度、壓力會有所不同。

（4）氫氣凈化器改質器所產生的H2因為含有少量的CO，因此必須對H2進行凈化處理。１甲醇儲存罐２帶燃燒器的改質器３凈化裝置４氫氣循環泵５冷凝器及氣水分離器６水箱７水泵８空氣壓縮機９加濕器及去離子過濾裝置１０燃料電池組１１電源開關１２ＤＣ／ＤＣ變換器１３ＤＣ／ＡＣ逆變器１４驅動電動機第二節燃料電池電動汽車的結構與原理１驅動輪２驅動系統３驅動電動機４ＤＣ／ＡＣ逆變器５輔助電源裝置６燃料電池發動機７空氣壓縮機8重整器9甲醇罐９氫氣供應系統輔助裝置１０中央控制器11ＤＣ／ＤＣ變換器三、以甲醇為燃料的燃料電池發動機第二節燃料電池電動汽車的結構與原理四、輔助動力源燃料電池電動汽車的主要電源是燃料電池，另外還配備了輔助動力源，根據FCEV的設計方案不同，其所采用的輔助動力源也有所不同如蓄電池、超級電容或飛輪電池等，根據燃料電池電動汽車的設計方案，采用不同的輔助動力源。在具有雙電源系統的FCEV上，驅動電動機的電源可以出現以下驅動模式。1燃料電池組+輔助動力源3蓄電池＋飛輪電池＋燃料電池動力系統2蓄電池＋超級電容器＋燃料電池第二節燃料電池電動汽車的結構與原理12453向電動汽車的各種電子設備、電器提供工作所需的電能。在電動汽車制動時，將驅動電動機轉換為發電機工作狀態，將電動汽車的動能轉換為電能，并向輔助動力源充電。在電動汽車運行過程中，當燃料電池輸出的電能大于車輛驅動所需的能量時，輔助動力源可用于儲存燃料電池剩余的電量。在電動汽車啟動時，由輔助動力源提供電能，帶動燃料電池啟動或帶動車輛起步。輔助動力源可協助供電，彌補燃料電池輸出功率的不足，使電動機獲得足夠的電能。給燃料電池電動汽車配備輔助動力源的作用四、輔助動力源第二節燃料電池電動汽車的結構與原理五、DC/DC轉換器DC/DC轉換器

DC/DC轉換器的作用是改變燃料電池的直流電壓，用電子控制器控制。燃料電池的電流是單向流動的，電子控制器通過調節DC/DC轉換器的輸出電壓，使燃料電池較低的電壓上升至電動機所需的電壓。DC/DC轉換器主要作用調節燃料電池的輸出電壓。調節整車能量分配。穩定整車直流母線電壓。第二節燃料電池電動汽車的結構與原理六、驅動電動機驅動電動機的作用是將電源所提供的電能轉換為電磁轉矩，通過傳動裝置驅動車輛行駛。燃料電池電動汽車用驅動電機可采用直流電動機、交流電動機、永磁電動機和開關磁阻電動機等。驅動電動機的選型必須結合整車開發目標，綜合考慮電動機的特點。1.直流電動機2.交流電動機3.永磁電動機4.開關磁阻電動機第二節燃料電池電動汽車的結構與原理燃料電池電動汽車的動力電控系統主要由燃料電池管理系統、輔助動力源管理系統、電動機驅動控制系統和整車控制系統組成，其每個系統都有著不可或缺的獨特作用。七、動力電控系統燃料電池電動汽車動力電控系統結構示意圖第三節燃料電池電動汽車關鍵技術知識目標：1、掌握燃料電池電動汽車關鍵技術類型2、了解燃料電池電動汽車關鍵系統能力目標：1、能夠熟悉燃料電池電動汽車關鍵技術類型2、能理解燃料電池電動汽車關鍵系統職業素養目標：1、

做到工位6S標準2、了解時事政治和經濟發展趨勢，愿意為經濟社會發展作出貢獻第三節燃料電池電動汽車關鍵技術燃料電池電動汽車關鍵技術燃料電池系統車載儲氫系統車載蓄電系統電動機及其控制技術整車布置整車熱管理整車與動力系統的參數選擇與優化設計多能源動力系統的能量管理策略一、燃料電池電動汽車關鍵技術類型第三節燃料電池電動汽車關鍵技術2車載儲氫系統如何有效減小儲氫系統的重量與體積是車載儲氫技術研究的重點。一個比較理想的方案是，采用儲氫材料與高壓儲氫復合的車載儲氫新模式，即在高壓儲氫容器中裝填質量較輕的儲氫材料，這種裝置與純高壓儲氫方式相比，既可以降低儲氫壓力又可以提高儲氫能力。3車載蓄電系統車載蓄電系統包括鉛酸蓄電池、鎳-氫電池、鋰離子電池等蓄電池及超級電容、飛輪電池等。1燃料電池系統燃料電池是燃料電池電動汽車發展的最關鍵技術之一，燃料電池系統的核心是燃料電池堆。燃料電池堆研究正在向高性能、高效率和更高耐久性方向努力。二、燃料電池電動汽車關鍵技術介紹第三節燃料電池電動汽車關鍵技術5車載儲氫系統然料電池電動汽車在整車布置上有以下關鍵問題：燃料電池及電動機的相關布置。動力電池組的車身布置。氫氣瓶的安全布置。高壓電安全系統的車身布置等。6車載蓄電系統燃料電池自身的運行溫度為60～70℃，散熱系統工作溫度大約在60℃，兩者溫差不大，因此，必須依賴整車動力系統提供額外的冷卻動力為系統散熱，但這樣不經濟。二者之間的平衡是熱管理開發方面必須關注的。4燃料電池系統驅動電動機是燃料電池電動汽車的心臟，正向大功率、高轉速、高效率和小型化方向發展。二、燃料電池電動汽車關鍵技術介紹第三節燃料電池電動汽車關鍵技術二、燃料電池電動汽車關鍵技術介紹8能源動力系統的能量管理策略能量管理策略對燃料經濟性影響很大，且受到動力系統參數和行駛工況的雙重影響。能量管理策略的工況適應性需開發，之后，需進行功率分配的優化。作為能量管理策略的一部分，制動能量回收是提高燃油經濟性的重要措施，也是一個難點問題。必須綜合考慮制動穩定性、制動效能、駕駛員感覺、蓄電池充電接受能力等限制條件。7整車與動力系統的參數選擇與優化設計燃料電池電動汽車整車性能參數是整個燃料電池動力系統開發的信息來源，虛擬配置的動力系統的特性參數也影響整車性能。兩者之間的參數選擇是一個多變量多目標的優化設計過程，而且參數選擇與行駛工況和控制策略緊密相關，只有在建立準確的仿真模型的基礎上，經過反復尋優計算才可能達到較好的設計結果。第三節燃料電池電動汽車關鍵技術二、燃料電池電動汽車關鍵技術介紹豐田Mirai燃料電動汽車是世界上真正量產銷售的第一款燃料電池汽車，它在車身中后部配備了兩個容量分別為60L和62.4L的高壓儲氫罐。Mirai憑借碳纖維強化塑料層的創新實現輕量化，同時實現世界頂級水平的