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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,模块五 燃料电池汽车,模块五 燃料电池汽车,知识目标,了解燃料电池汽车的类型；,了解氢气的安全特性；,掌握燃料电池汽车的组成；,掌握燃料电池汽车的结构特点。,知识目标了解燃料电池汽车的类型；,技能目标,掌握燃料电池汽车的工作原理；,学会燃料电池汽车常见故障的检修。,技能目标掌握燃料电池汽车的工作原理；,情景导入,在新能源汽车发展的重要阶段，燃料电池汽车也扮演着重要角色，中国的“,863”,计划项目持续支持燃料电池汽车技术的发展及研发工作，小明本来不了解燃料电池汽车，但通过学习本模块，了解了燃料电池汽车的发展史及目前各国燃料电池汽车的发展状况，为深入了解做下铺垫，模块中介绍了燃料电池汽车的特点、组成及工作原理，燃料电池汽车氢的制取方法和燃料电池汽车的常见故障检修。,本模块将着重介绍这些问题。,情景导入在新能源汽车发展的重要阶段，燃料电池汽车也扮演着重,知识链接,在,21,世纪新能源中，燃料电池作为当今最被看好的的新能源之一，有着清洁、高效等优点。而燃料的来源是需要通过化学反应才能得到的，氢燃料有哪些制取方法呢,?,其工作原理如何？制取出来的氢燃料是如何提纯的，又是如何保存的呢？,知识链接在 21 世纪新能源中，燃料电池作为当今最被看好的的,必备知识,课题一 燃料电池汽车概述,必备知识 课题一 燃料电池汽车概述,一、燃料电池汽车的概念,1,燃料电池的概念,氢和氧是燃料电池常用的燃料和氧化剂，如图,5-1,所示，电解质两侧分别为阳极（燃料电极）和阴极（氧化剂电极），作为燃料的氢气通入阳极，阳极为燃料和电解质提供了一个接触面，在催化剂作用下发生氧化反应，氢原子失去电子成为,H+,，阳极电化学反应式为：,H2 2H+2e,一、燃料电池汽车的概念1燃料电池的概念氢和氧是燃料电池常用,图,5-1,燃料电池原理图,2,燃料电池与普通电池的异同,二、国内外燃料电池汽车的发展现状,1,北美燃料电池汽车相关技术发展概况,图 5-1 燃料电池原理图2燃料电池与普通电池的异同二、国,2,欧洲燃料电池汽车相关技术发展概况,3,日韩的燃料电池汽车相关技术发展概况,4,中国大陆燃料电池汽车技术发展概况,（,1,）燃料电池轿车,在中国城市循环条件下，代表性燃料电池混合动力轿车的技术参数如表,5-1,所示。,2欧洲燃料电池汽车相关技术发展概况3日韩的燃料电池汽车相,表,5-1,中国代表性燃料电池轿车关键技术进展,（,2,）燃料电池城市客车,代表性燃料电池混合动力城市客车的技术参数如表,5-2,所示。,表 5-1 中国代表性燃料电池轿车关键技术进展（2）燃料电,表,5-2,代表性燃料电池混合动力城市客车的技术参数,（,3,）国内燃料电池汽车产品应用与示范运行,（,4,）加氢站,表 5-2 代表性燃料电池混合动力城市客车的技术参数（3）,课题二 燃料电池汽车的分类,及基本结构,课题二 燃料电池汽车的分类,一、燃料电池汽车的分类,1,按照驱动形式分类,基于这些不利因素，目前的燃料电池汽车主要采用的是混合驱动形式，即在燃料电池的基础上，增加了一组蓄电池或超级电容作为另一个动力源。根据混合式燃料电池汽车中燃料电池和蓄电池的关系，又可进一步把燃料电池汽车的动力系统归纳为并联式和串联式两种，如图,5-2,所示。,一、燃料电池汽车的分类1按照驱动形式分类基于这些不利因素，,图,5-2,并联式和串联式燃料电池汽车动力系统示意图,采用“燃料电池十蓄电池”（,FC+B,）混合驱动形式的燃料电池汽车的动力系统结构如图,5-3,所示。,图,5-3,燃料电池汽车的混合动力系统图,图 5-2 并联式和串联式燃料电池汽车动力系统示意图采用“燃,2,根据燃料氯的储存方式分类,3,按燃料的来源方式分类,（,1,）直接燃料式燃料电池汽车,图,5-4,和图,5-5,分别为直接供氢燃料电池汽车和以氢为燃料的燃料电池系统结构图。,图,5-4,直接供氢燃料电池汽车,2根据燃料氯的储存方式分类3按燃料的来源方式分类（1）,图,5-5,直接供氢的燃料电池系统结构图,（,2,）重整式燃料电池汽车,图,5-6,为甲醇重整制氢的燃料电池系统。,图 5-5 直接供氢的燃料电池系统结构图（2）重整式燃料电,表,5-3,氢的比能量和能量密度,图,5-6,甲醇重整制氢的燃料电池系统结构图,表 5-3 氢的比能量和能量密度图 5-6 甲醇重整制氢的燃,二、燃料电池汽车的特点,1,燃料电池汽车的优点,（,1,）效率高,（,2,）续驶里程长,（,3,）绿色环保,（,4,）过载能力强,（,5,）低噪音强,二、燃料电池汽车的特点1燃料电池汽车的优点（1）效率高,（,6,）设计方便灵活强,2,燃料电池汽车的缺点,（,1,）燃料电池汽车基本性能有待于提高,（,2,）辅助设备复杂,（,3,）制造成本过高,（,4,）燃料供给体系尚需建设,（6）设计方便灵活强2燃料电池汽车的缺点（1）燃料电池,三、燃料电池汽车的基本组成及功用,采用燃料电池作为电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车（,FCEV,），也叫燃料电池汽车。燃料电池汽车与普通燃油汽车的区别在于动力系统。燃料电池汽车的动力系统主要由电驱动系统、燃料电池组、动力控制单元、燃料箱、蓄电池（储能装置）、功率转换器以及燃料加入口等组成。,一般来说，,FCEV,上还要装配蓄电池组作为辅助电源，其功用是：,用于,FCEV,快速起动；,三、燃料电池汽车的基本组成及功用采用燃料电池作为电源的电动汽,为控制系统、仪表板、车载电子、照明系统、信号系统、电气设备等提供低压电源；,用于储存,FCEV,再生制动时反馈的电能。该蓄电池也可以用其他储能装置来代替，如超级电容、飞轮储能器等。,为控制系统、仪表板、车载电子、照明系统、信号系统、电气设备,课题三 燃料电池汽车氢的制取,课题三 燃料电池汽车氢的制取,1,化石燃料制氢,（,1,）天然气制氢,天然气蒸气重整,天然气部分氧化,一、氢的制取过程,目前的工业制氢主要利用化石燃料来制氢，还广泛采用电解水制氢的方法。近年来，随着对大规模制氢需求的提高以及技术的发展，一些环保的、低成本的、新型的制氢方法，如太阳能制氢、生物制氢、热化学分解水制氢等方法应运而生，它们将逐渐成为大规模制氢的主流。,1化石燃料制氢（1）天然气制氢天然气蒸气重整天然气部,天然气自热重整,（,2,）煤气化制氢,2,利用工业生产含氢尾气制氢,（,1,）合成氨生产尾气制氢,（,2,）炼油厂回收富氢气体制氢,3,电解水制氢,4,其他制氢方法,天然气自热重整（2）煤气化制氢2利用工业生产含氢尾气制,（,1,）热化学分解水制氢,（,2,）太阳能制氢,太阳能热分解水制氢,太阳能电解水制氢,太阳能光化学分解水制氢,太阳能光电化学分解水制氢,（,3,）生物制氢,二、氢的提纯方法,1,冷凝一低温吸附法,（1）热化学分解水制氢（2）太阳能制氢太阳能热分解水制,2,低温吸收一吸附法,3,变压吸附法,4,钯膜扩散法,5,金属氢化物分离法,三、氢的储存方法,表,5-4,为氢气、甲烷和汽油的密度比较。,2低温吸收一吸附法3变压吸附法4钯膜扩散法5金属氢化,表,5-4,氢气、甲烷和汽油在气态和液态下的密度,1,高压氢气储存技术,2,液氢储存技术,3,金属储氢技术,4,碳质吸附储氢技术,表 5-4 氢气、甲烷和汽油在气态和液态下的密度1高压氢气,课题四 燃料电池汽车氢的,安全特性,课题四 燃料电池汽车氢的,1,氢气的泄漏性,2,氢气的扩散性,3,氢脆,4,氢气的可燃性,5,爆炸性,1氢气的泄漏性2氢气的扩散性3氢脆4氢气的可燃性5,课题五 燃料电池汽车常见,故障检修,课题五 燃料电池汽车常见,一、燃料电池汽车行驶无力的故障分析,结合上述知识，可以分析到故障发生的原因可能在氢气侧电极发生水淹现象。,在燃料电池运行的过程中，电池内的水状况较为复杂。反应气需要增湿，由此带入电池内一些水。氢质子从阳极移动到阴极，需要水做载体，从而部分水从氢气侧迁移到空气侧，在空气侧氢氧反应生成水，空气侧水含量较高，还存在从空气侧向氢气侧扩散（拟迁移）的现象，同时排气带走大量水蒸气。如果在流场内不能保持水平衡，必然出现流场水淹或膜脱水的现象。,一、燃料电池汽车行驶无力的故障分析结合上述知识，可以分析到故,通常空气侧流量较大，带水能力较强，而氢气侧往往是只进气不排气，偶尔脉冲排气，气流速度低，容易出现积水现象。因此，一般水淹发生在氢气侧。液态水在流道内逐渐积聚，最后堵塞流道，这就是通常所说的水淹现象。,通常空气侧流量较大，带水能力较强，而氢气侧往往是只进气不排气,二、燃料电池汽车行驶无力的故障检测与排除,在燃料电池正常工作的情况下，燃料电池堆的氢气侧压力降随着负载的增大线性增大：当燃料电池堆中出现积水现象时，即使流道尚未被液态水堵住，但由于液态水附着于流道壁面，使得气体通道的流通界面缩小，压力明显增大。这种现象不仅在单体电池内存在，在燃 料电池堆内也存在。因为积水是一个液态水逐渐增多的过程，在电池堆内各片电池发生液态水增多的趋势是一致的。在发生积水增多过程中，气体流通的总截面逐渐缩小，压力降必然增大。通过压力降监测，可以得知流,二、燃料电池汽车行驶无力的故障检测与排除在燃料电池正常工作的,道尚未被堵住之前液态水增多的趋势，由此可以用压力降预警水淹的发生。,解决燃料电池水淹的方法有两种。一种方法是脉冲排气法：通过故障诊断系统控制脉冲排气阀门开启，即突然将氢气侧尾端打开，通过氢气压力波将水排出。第二种方法是通过调节电池堆工作温度进行解决。燃料电池堆发生水淹是由于堆内的水过多，导致堆内的水蒸气逐渐析出液态水。可以通过控制系统的脉宽调制（,Pulse width modulation,），,PWM,法调节风扇的转速，并对冷却的循环水加热，提高电池堆的运行温度，这样使得堆内气体可以容纳更多的水蒸气，从而达到解决水淹问题。,道尚未被堵住之前液态水增多的趋势，由此可以用压力降预警水淹的,
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