新能源汽车概论 2_2.ppt

HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 1 页2.3 2.3 燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车 1 燃料电池电动汽车的类型2 燃料电池电动汽车的特点3 燃料电池电动汽车的基本结构 HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 2 页1. 1. 燃料电池电动汽车的类型燃料电池电动汽车的类型按主要燃料种类:（1）以纯氢气为燃料的FCEV；（2）经过重整后产生的氢气为燃料的FCEVHARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 3 页车载制氢和车载纯氢 车载制氢 需要内部高温的燃料处理器，通过重整或部分氧化等方式由 燃料中获得氢 燃料可以是醇类(甲醇、乙醇、二甲醚等)、烃类(柴油、汽油、 LPG、甲烷等)其它物质如氨、金属或金属氢化物等也可 作为制氢原料车载纯氢 高压氢气储存 容量小，安全性差，实施问题 液态氢储存 氢气以液态储存才能达到最高的储存密度 液氢存储重量比约57.5 金属氢化物储氢 氢与金属形成金属氢化物，加热后，金属 氢化物分解得氢新能源汽车概论 第 4 页新能源汽车概论 第 5 页HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 6 页 按照能源配置:（1）纯燃料电池驱动（PFC）（2）燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）（3）燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）（4）燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动 （FC+B+C） 1. 燃料电池电动汽车的类型HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 7 页 1) 1) 纯燃料电池驱动的纯燃料电池驱动的FCEVFCEV 只有燃料电池一个动力源 功率负荷都由燃料电池承担。

驱动电动机传动系燃料电池系统FCEVFCEV结构结构HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 8 页优点： （1）结构简单，便于实现系统控制和整体布置； （2）系统部件少，有利于整车轻量化； （3）能量传递效率高缺点： （1）燃料电池功率大、成本高； （2）对燃料电池系统动态性能和可靠性要求高； （3）不能进行制动能量回收 1)纯燃料电池驱动的FCEV HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 9 页 2) 2)燃料电池与辅助蓄电池联合驱动燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEVFCEV 串联式混合动力结构 燃料电池和蓄电池一起为驱动电机提供能量 制动时电机变成发电机，蓄电池储存回馈能量FCEVFCEV原理原理: :HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 10 页FCEVFCEV结构结构: :驱动电动机传动系燃料电池系统蓄电池 2)2)燃料电池与辅助蓄电池联合驱动燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEVFCEV HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 11 页燃料电池与辅助蓄电池联合驱动燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEVFCEVHARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 12 页优点： （1）对燃料电池功率要求降低，降低了整车成本； （2）燃料电池在较好的工作条件下工作，效率高； （3）对燃料电池动态响应性能要求较低； （4）汽车的冷启动性能较好； （5）可以回收汽车制动时动能，增加能量效率。

2) 2)燃料电池与辅助蓄电池联合驱动燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEVFCEV HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 13 页缺点：（1）蓄电池使整车质量增加，影响动力性和经济性（2）蓄电池充放电过程有能量损耗；（3）系统变得复杂，系统控制和整体布置难度增加 2) 2)燃料电池与辅助蓄电池联合驱动燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEVFCEV HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 14 页 3) 3) 燃料电池与超级电容联合驱动燃料电池与超级电容联合驱动FCEVFCEV 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； 超级电容的能量密度较小HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 15 页 4) 4) 燃料电池与辅助蓄电池和超级电容燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动的联合驱动的FCEVFCEV 串联式混合动力结构； 燃料电池、蓄电池和超级电容一起为驱动电机提供能量； 制动时，驱动电机变成发电机，蓄电池和超级电容储存回馈能量。

燃料电池燃料电池+ +蓄电池十超级电容形式动力系统结构图蓄电池十超级电容形式动力系统结构图 驱动电动机传动系燃料电池系统蓄电池超级电容新能源汽车概论 第 16 页HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 17 页优点： 部件效率高，动态特性好，便于制动能量回馈等缺点： （1）增加超级电容，系统质量可能增加； （2）系统更加复杂，系统控制和整体布置难度增大 4) 4) 燃料电池与辅助蓄电池和超级电容燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动的联合驱动的FCEVFCEVHARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 18 页2 2 燃料电池电动汽车的特点燃料电池电动汽车的特点 燃料电池汽车的优点：（1）效率高：可以达到30%以上；（2）续驶里程长；（3）绿色环保：生成物只有水，属于零排放；（4）过载能力强；（5）低噪音：运行过程中噪音和振动都较小；（6）设计方便灵活 HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 19 页 燃料电池电动汽车的主要缺点燃料电池电动汽车的主要缺点 （1）制造成本和使用成本过高 （2）辅助设备复杂，质量和体积较大 （3）起动时间长，抗振能力有待进一步提高 纯氢气燃料的FCEV起动一般需要3分多钟； 甲醇或者汽油重整技术的FCEV则长达10多分钟.2 2 燃料电池电动汽车的特点燃料电池电动汽车的特点 HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 20 页英国 River simple 氢燃料原型汽车(2012)1加仑液态氢能行驶480公里;最高速度80Km/h;一箱燃料行驶390公里;重350公斤，能收回制动动能，提供加速必需能量的80% HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 21 页氢燃料汽车的发动机 福田京产氢燃料电池(2008) 加一次氢可跑240公里;节能效果提高了20%；单台造价100万美 .新能源汽车概论 第 22 页HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 23 页HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 24 页3 3 燃料电池电动汽车的基本结构燃料电池电动汽车的基本结构 采用混合式燃料电池驱动系统 l并联式l串联式串联式DC新能源汽车概论 第 25 页并联式DC新能源汽车概论 第 26 页HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 27 页1 ) 1 ) 燃料电池发动机燃料电池发动机 lPEMFC组l氢气供给系统l氧气供给系统l气体加湿系统l反应生成物处理系统l冷却系统l电能转换系统组成：HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 28 页 以氢为燃料的燃料电池发动机系统以氢为燃料的燃料电池发动机系统 （1）氢气供应、管理和回收系统 l 气态氢通常用高压储气瓶来装载l 液态氢气用高压储气瓶储存，还要用低温保温装置 （2）氧气供应和管理系统 l从氧气罐中获取l从空气中获取，需用压缩机提高压力HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 29 页 （3）水循环系统 l反应过程产生水和热量；l水循环系统包括冷凝器、气水分离器和水泵等；l其中一部分水可用于空气加湿。

（4）电力管理系统 l燃料电池产生直流电，需经过DC/DC变换器调压；l采用交流电动机的驱动系统，还需用逆变器将直流电转换为三相交流电 以氢为燃料的燃料电池发动机系统以氢为燃料的燃料电池发动机系统 燃料电池发动机系统氢气储存罐氢气压力调节仪表热交换器氢气循环泵冷凝器及气水分离器水箱水泵空气压缩机加湿器及去离子过滤装置燃料电池组电源开关变换器 逆变器驱动电动机氢为燃料氢为燃料供氢供氧负载新能源汽车概论 第 30 页总布置基本结构模型驱动轮驱动系统驱动电动机逆变器辅助电源装置燃料电池发动机空气压缩机8 氢气储存罐 氢气供应系统辅助装置中央控制器 11变换器氢为燃料氢为燃料新能源汽车概论 第 31 页HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 32 页 1、水电解制氢 2、甲醇重整制氢 3、天然气重整制氢 4、煤 、焦碳气化制氢制氢方法HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 33 页甲醇水蒸气转化制取纯氢的方法甲醇水蒸气转化制取纯氢的方法 甲醇+纯水 (1:5)经汽化过热反应器(在催化剂作用下) 产生氢气+二氧化碳+一氧化碳和少量的杂质HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 34 页化学原理化学原理 温度: 220280 压力： 1.0 5.0 MPa 主反应： CH3OHCO2H2 COH2OCO2H2 总反应： CH3OHH2OCO23H2 副反应： 2CH3OHCH3OCH3H2O CO3H2CH4H2OHARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 35 页反应产物反应产物 H2 73 H2 737474 CO2 23CO2 2324.524.5 CO 1.0CO 1.0 CHCH3 3OH 300ppm OH 300ppm HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 36 页甲醇分解制氢技术具有以下特点甲醇分解制氢技术具有以下特点与大规模的天然气、轻油和水煤气等转化制氢相比具有流程短投资省、能耗低和无环境污染。

与水电解制氢相比单位氢气成本低30以上与氨裂解制氢技术相比具有反应条件温和，原料运输和储存方便 HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 37 页 （1）甲醇储存装置 甲醇可以用普通容器储存，不需要加压或冷藏 （2）燃烧器、加热器和蒸发器 甲醇进入改质器之前，蒸发成甲醇和纯水混合气 （3）重整器 碳氢化合物不同，重整技术不同，温度、压力不同 （4）氢气净化器 产生的H2因含少量CO，须净化 以甲醇为燃料的燃料电池发动机以甲醇为燃料的燃料电池发动机 燃料电池发动机系统甲醇储存罐带燃烧器的改质器净化装置氢气循环泵冷凝器及气水分离器水箱水泵空气压缩机加湿器及去离子过滤装置燃料电池组电源开关变换器 逆变器驱动电动机甲醇为燃料甲醇为燃料新能源汽车概论 第 38 页驱动轮驱动系统驱动电动机逆变器辅助电源装置燃料电池发动机空气压缩机8 重整器 9 甲醇罐 氢气供应系统辅助装置中央控制器 1变换器总布置基本模型甲醇为燃料甲醇为燃料新能源汽车概论 第 39 页HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 40 页2) 2) 辅助动力源辅助动力源 蓄电池组 飞轮储能器 超大容量电容器HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽车概论 第 41 页 （1）起动 辅助动力源提供电能带动燃料电池起动，或带动车辆起步。