1、燃料电池电动汽车 燃料电池电动汽车历史n n利用氢和氧在燃料电池中的反应发电的想法在利用氢和氧在燃料电池中的反应发电的想法在利用氢和氧在燃料电池中的反应发电的想法在利用氢和氧在燃料电池中的反应发电的想法在160160多年前多年前多年前多年前就有了，直到现在人们还在千方百计实现就有了，直到现在人们还在千方百计实现就有了，直到现在人们还在千方百计实现就有了，直到现在人们还在千方百计实现它。它。它。它。18391839年英国人威廉，罗伯特，格鲁夫爵士就已发现年英国人威廉，罗伯特，格鲁夫爵士就已发现年英国人威廉，罗伯特，格鲁夫爵士就已发现年英国人威廉，罗伯特，格鲁夫爵士就已发现氢和氧的逆电解反应，这就
2、是燃料电池的基本原理。物理氢和氧的逆电解反应，这就是燃料电池的基本原理。物理氢和氧的逆电解反应，这就是燃料电池的基本原理。物理氢和氧的逆电解反应，这就是燃料电池的基本原理。物理学家认为燃料电池的发明可与德国人尼古拉斯学家认为燃料电池的发明可与德国人尼古拉斯学家认为燃料电池的发明可与德国人尼古拉斯学家认为燃料电池的发明可与德国人尼古拉斯.奥古斯特奥古斯特奥古斯特奥古斯特.奥托发明的四冲程发动机相媲美。奥托发明的四冲程发动机相媲美。奥托发明的四冲程发动机相媲美。奥托发明的四冲程发动机相媲美。燃料电池拥有其他动力系统没有的独特优点：产生电燃料电池拥有其他动力系统没有的独特优点：产生电燃料电池拥有其他
3、动力系统没有的独特优点：产生电燃料电池拥有其他动力系统没有的独特优点：产生电能的过程不生产任何污染物，而且氢作为一种能源，尽管能的过程不生产任何污染物，而且氢作为一种能源，尽管能的过程不生产任何污染物，而且氢作为一种能源，尽管能的过程不生产任何污染物，而且氢作为一种能源，尽管是以水这样的化合物存在，但是取之不尽。这对于节约矿是以水这样的化合物存在，但是取之不尽。这对于节约矿是以水这样的化合物存在，但是取之不尽。这对于节约矿是以水这样的化合物存在，但是取之不尽。这对于节约矿物资源并减少二氧化碳排放十分重要。物资源并减少二氧化碳排放十分重要。物资源并减少二氧化碳排放十分重要。物资源并减少二氧化碳排
4、放十分重要。将燃料电池作为辅助动力系统用于电动汽车，这就将燃料电池作为辅助动力系统用于电动汽车，这就将燃料电池作为辅助动力系统用于电动汽车，这就将燃料电池作为辅助动力系统用于电动汽车，这就是燃料电池电动汽车。由于燃料电池产生的是电能，这就是燃料电池电动汽车。由于燃料电池产生的是电能，这就是燃料电池电动汽车。由于燃料电池产生的是电能，这就是燃料电池电动汽车。由于燃料电池产生的是电能，这就决定了它与电动汽车能量系统的耦合方式多为串联方式。决定了它与电动汽车能量系统的耦合方式多为串联方式。决定了它与电动汽车能量系统的耦合方式多为串联方式。决定了它与电动汽车能量系统的耦合方式多为串联方式。燃料电池 n
5、 n燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。它平时将燃料（如氢气、甲醇等）和氧化剂（如氧气）分别作为电池两极的活性物质保存在电池的本体之外，当使用时连续通入电池体内，使电池发电。燃料电池本体由质子交换膜，膜电极，质子交换膜，膜电极，集流板集流板三部分组成。n n燃料电池实质上是电化学反应发生器，它的燃料主要是氢气。反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。电化反应步骤为：经增湿后的氢气和氧气分别进入阳极室和阴极室，经气体电极扩散层扩散，到达催化层与质子交换膜的界面，分别在催化剂作用下发生氧化和还原反应。n n氢气的来源可以是已制备好的氢气，也
6、可以是由甲醇或汽油等经过重整而随车制备，氧气来源于大气。燃料电池输出的是直流电，输出的电压可以随电流的变化而改变。n n阳极的催化剂将氢分子电离，生成氢离子()，氢离子透过质子交换膜到达阴极，与氧分子结合，生成水；同时，阳极反应生成的电子，通过外部负载形成电流，到达阴极。其反应机理可以用方程式来表示：阳极：阴极：电池总反应：燃料电池特点燃料电池特点 n n 燃料电池是一种能量转化装置，与车用内燃机燃料电池是一种能量转化装置，与车用内燃机燃料电池是一种能量转化装置，与车用内燃机燃料电池是一种能量转化装置，与车用内燃机相比较相比较相比较相比较,主要具有以下优点主要具有以下优点主要具有以下优点主要具
7、有以下优点:n n效率高效率高效率高效率高燃料电池的化学反应将化学能直接转化为电燃料电池的化学反应将化学能直接转化为电燃料电池的化学反应将化学能直接转化为电燃料电池的化学反应将化学能直接转化为电能，燃料电池不是热机，因此不受卡诺循环的限能，燃料电池不是热机，因此不受卡诺循环的限能，燃料电池不是热机，因此不受卡诺循环的限能，燃料电池不是热机，因此不受卡诺循环的限制，效率很高。理论上能量效率可接近制，效率很高。理论上能量效率可接近制，效率很高。理论上能量效率可接近制，效率很高。理论上能量效率可接近100100，目前热、电总效率已达目前热、电总效率已达目前热、电总效率已达目前热、电总效率已达80%8
8、0%。n n排气清洁，对环境污染少排气清洁，对环境污染少排气清洁，对环境污染少排气清洁，对环境污染少燃料电池没有燃烧过程，用化学方式直接转燃料电池没有燃烧过程，用化学方式直接转燃料电池没有燃烧过程，用化学方式直接转燃料电池没有燃烧过程，用化学方式直接转换化学能，称为换化学能，称为换化学能，称为换化学能，称为“冷燃烧冷燃烧冷燃烧冷燃烧”，所以氢，所以氢，所以氢，所以氢/氧燃料电池氧燃料电池氧燃料电池氧燃料电池的产物只有水，没有其他废气排出，属于零排放的产物只有水，没有其他废气排出，属于零排放的产物只有水，没有其他废气排出，属于零排放的产物只有水，没有其他废气排出，属于零排放或接近零排放。或接近零
9、排放。或接近零排放。或接近零排放。n n过载能力强过载能力强燃料电池的短时过载能力可达200的额定功率或更大，而内燃机没有这样强的过载能力，燃料电池的这个特点特别适合汽车的短时加速的特性。n n构造简单，维护保养方便，容易实现模块构造简单，维护保养方便，容易实现模块化化燃料电池容易通过模块化组合，串联、并联，提高输出功率。n n噪声小、振动少，对机械加工要求不高噪声小、振动少，对机械加工要求不高燃料电池属于静态能量转换装置，无运动部件，因此在运行过程中没有噪音，振动很小。燃料电池具有如下缺点燃料电池具有如下缺点：n n价格高价格高目前质子交换膜燃料电池的价格虽然已有所降低，但是要达到3050美
10、元/kW的目标还需要一段时间的努力。n n贵金属催化剂贵金属催化剂铂的用量虽然已降低，但是距0.1-0.2mg/还有段距离。n n燃料的限制燃料的限制目前车用的燃料电池主要是质子交换膜燃料电池，它们只能用纯氢作燃料。燃料电池分类燃料电池分类 n n目前有上车历史的燃料电池主要为以下三种：n n碱性燃料电池碱性燃料电池（AlkalineFuelCell，AFC）n n磷酸型燃料电池磷酸型燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell，PAFC）n n质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)AFCAFC，PAFCPAF
11、C，PEMFCPEMFC三种三种三种三种 燃料电池的发展概况燃料电池的发展概况燃料电池的发展概况燃料电池的发展概况 燃料电池的发展趋势燃料电池的发展趋势n n燃料电池发展的第一课题是降低成本，第二是选择材料，第三是提高性能。降低成本主要是因为材料的价格很高。车载用50kw系统仅氟高分子膜就要花费近7400美元。另外，在电池单元的电极中使用的白金催化剂也是高成本的材料之一。50kw的系统中白金催化剂就要花费将近5000美元。燃料的选择：燃料的选择：燃料采用氢后，重整器部分的成本可以减免，系统得以简化。氢的储存则采用储氢合金或者高压储气罐。燃料电池车工作原理燃料电池车工作原理 n n 燃料电池车的
12、动力系统与混和动力车大体相似，燃料电池车的动力系统与混和动力车大体相似，燃料电池车的动力系统与混和动力车大体相似，燃料电池车的动力系统与混和动力车大体相似，主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成，其中辅助动力为燃料电池。池组等部分构成，其中辅助动力为燃料电池。池组等部分构成，其中辅助动力为燃料电池。池组等部分构成，其中辅助动力为燃料电池。在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱
13、满状态，其在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，燃料电池动力系统能量输出可以满足车辆要求，燃料电池动力系统能量输出可以满足车辆要求，燃料电池动力系统能量输出可以满足车辆要求，燃料电池动力系统不需要工作；不需要工作；不需要工作；不需要工作；电池电量低于电池电量低于电池电量低于电池电量低于6060时，燃料电池动力系统起动：时，燃料电池动力系统起动：时，燃料电池动力系统起动：时，燃料电池动力系统起动：当车辆能量需求较大时，燃料电池动力系统当车辆能量需求较大时，燃料电池动力系统当车辆能量需求较大时，燃料电池动力系统当车辆能量需求较大时，燃料电池动力系统与蓄电池组同时为驱动
14、系统提供能量；与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；当车辆能量需求较小时，燃料电池动力系统当车辆能量需求较小时，燃料电池动力系统当车辆能量需求较小时，燃料电池动力系统当车辆能量需求较小时，燃料电池动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。充电。充电。充电。通用通用Sequel燃料电池车燃料电池车 本田燃料电池车本田燃料电池车FCX本田电池堆 三菱燃料电池车三菱燃料电池车“MITSUBISHI FCV”日产奇骏燃料电池车日产奇骏燃料电池车欧宝欧宝“氢动三号氢动三号”（Hydrogen3）燃料电池）燃料电池车车 起亚汽车公司在燃料电池电动车起亚汽车公司在燃料电池电动车 30千瓦质子交换膜燃料电池电动汽车（湖北）千瓦质子交换膜燃料电池电动汽车（湖北）
