燃料电池电动汽车有哪些类型_燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车

第一节燃料电池电动汽车的类型和基本结构

一、燃料电池类型和性能分析

燃料电池是通过电极反应将氢和氧的化学能直接转化为电能的装置。燃料电池可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。

1.质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极(阳极和阴极)、质子交换膜和集电板组成。

2.碱性燃料电池

碱性燃料电池的电解质是碱性氢氧化钾(KOH)，所以称为碱性燃料电池。

3.磷酸燃料电池

磷酸燃料电池之所以称为磷酸燃料电池，是因为它使用磷酸作为电解质。

4.熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)通常以含锂和钾的碳酸盐为电解质，氧化镍为阴极，镍合金为阳极，正常工作温度为650oC。

5.固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池的电解质是固体氧化物，催化剂和电池的结构材料也是固体氧化物。因此被称为固体氧化物燃料电池。

二、燃料电池电动汽车的类型和结构

燃料电池汽车的定义：燃料电池电动汽车(FCEV)是利用空气中的氢和氧在催化剂的作用下发生电化学反应而驱动的汽车。

1.燃料电池独自驱动FCEV。

该结构只有一个动力源，即燃料电池，汽车的所有动力负荷都由燃料电池承担。

图5-6纯燃料电池驱动的FCEV

2.燃料电池和辅助电池共同驱动FCEV。

这种结构是典型的串联混合动力结构。

图5-7由燃料电池和辅助电池共同驱动的FCEV

3.燃料电池和超级电容器共同驱动FCEV。

这种结构类似于燃料电池，除了电池被超级电容器代替。

图5-8燃料电池和超级电容器的联合驱动

4.FCEV由燃料电池、辅助电池和超级电容器共同驱动。

燃料电池、蓄电池和超级电容器驱动的电动汽车的动力系统结构也是串联混合动力结构。

图5-9燃料电池超级电容器形式的电源系统结构图

三、燃料电池电动汽车关键技术

1.燃料电池系统

燃料电池是燃料电池汽车发展中最关键的技术之一。燃料电池技术的发展趋势可以通过耐久性、低温启动温度、净输出比功率和制造成本四个因素来判断。

2.车载储氢系统

储氢技术是氢能利用大规模应用的关键。

3.车载储能系统

车载储能系统包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和电化学超级电容器。

4.电机及其控制技术

驱动电机是燃料电池电动汽车的心脏，正朝着大功率、高速、高效、小型化的方向发展。

5.车辆布局

在燃料电池车辆的布局中存在以下关键问题：

燃料电池发动机和电动机的相关布置

动力电池组的车身布局和氢气瓶的安全布局

高压电气安全系统的车身布局。

6.能源动力系统的能源管理策略

能量管理策略对燃油经济性有很大的影响，它同时受到动力系统参数和行驶工况的影响。

根据是否考虑这些变量的历史状态，功率分配策略可以分为瞬时和非瞬时策略。

燃料电池汽车的优点和问题

1.燃料电池汽车的独特优势

1)清洁无污染。

2)加油方便快捷，续航能力远超普通纯电动车。

3)效率高。

4)优异的动态性能。

2.燃料电池汽车存在的问题

一个是性能和成本的问题；第二是燃料供应和基础设施问题。

第二节燃料电池汽车产业发展

国际燃料电池汽车工业

1.美国的燃料电池汽车工业

美国是新能源交通领域的领先开发商。从70年代《空气清洁法案》的提法开始关注汽车燃料的清洁性，2002年开始关注氢燃料电池汽车，发布《自由汽车计划》。

2.日本燃料电池汽车产业现状

日本从1974年开始实施《新能源开发计划（阳光计划）》，就把燃料电池技术作为国家战略。自20世纪90年代以来，日本的燃料电池技术已经高度发展。2006年，日本制定了燃料电池汽车发展计划，明确了燃料电池汽车商业化的阶段和目标，并决定于2015年开始燃料电池汽车的商业化运营。

3.欧盟燃料电池汽车产业现状

2003年，欧盟建立了氢能和燃料电池技术平台(HFP)。基于这一平台过去六年的成果和共识，2008年，欧洲委员会、欧洲工业集团和欧洲科研团体组成了‘燃料电池和氢能联合执行者’，共同实施‘燃料电池和氨能技术联合行动计划’。

二、国内燃料电池汽车产业现状及存在的问题

与其他新能源汽车相比，我国燃料电池汽车产业与发达国家的差距相对较小，但在技术、市场、组织等维度存在一定的滞后，目前停留在‘实验室’技术。因此，为了赶超先进，必须加大政策支持力度，制定燃料电池汽车产业政策体系。

第三节燃料电池汽车的发展历史和现状

燃料电池的发展历史

1839年，威廉格罗夫发明了第一个燃料电池。将密封有铂电极的玻璃管浸入稀硫酸中，电解产生氢气和氧气，然后连接外部负载，使氢气和氧气发生反应，产生电流。

1896年，W.W.Jacques描述了当时直接使用——煤作为主要燃料的燃料电池(DCFD)。

1902年，J.H.Reid和P.G.L.Noel首先开始研究碱性燃料电池(AFC)，使用碱性KOH溶液作为电解质。

二、国外燃料电池电动车发展现状

目前，世界各国政府和各大汽车制造商纷纷开展燃料电池汽车的研发工作，其中影响最大的两个开发项目是：一个是美国能源部组织的国家燃料电池汽车研究计划；第二个是基于Ballard Power Systems的技术，由戴姆勒克莱斯勒、福特汽车等跨国公司投资合作的燃料电池汽车项目。

福特汽车公司对燃料电池汽车技术的研发始于1990年。1998年1月，P2000燃料电池概念车在北美底特律国际车展上展出，使用DBB公司生产的燃料电池堆，时速144.8 km/h，2001年，通用汽车公司还在雪佛兰S-10皮卡的基础上开发了汽油重整质子交换膜燃料电池车(第三代)。

2004年10月12-13日，必比登挑战赛在上海举行。图5-11显示了上海国际赛车场上的福特福克斯燃料电池汽车。福特汽车公司在2006年洛杉矶国际车展上推出了一款全新的以氢燃料电池为动力的探索者，行驶里程达350英里，远超其他燃料电池。

图5-11福特福克斯燃料电池汽车图5-12燃料电池公共汽车

戴姆勒-克莱斯勒一直是FCEV领域的全球领先制造商。1994年，戴姆勒奔驰与Ballard合作推出了第一款FCEV车型NECAR1和NECAR1，连续行驶里程130km，最高时速90 km/h

克莱斯勒于2010年启动了FCEV商业化进程。在北京“2004国际氢能论坛”开幕之际，戴姆勒-克莱斯勒公司在北京天安门广场展出了一辆氢燃料电池汽车，如图5-2所示。

作为全球最大的汽车制造商，通用汽车一直致力于FCEV的发展。1968年推出的Electrovan是世界上第一台FCEV。1998年推出小型箱式车Zafira，2000年推出HydroGen1，2002年推出HydroGen3，2002年推出全新概念车HY-WIRE。

图5-13通用续集图5-14本田FCX

本田在1989年开始FCEV研究。1999年，本田推出了两款FCEV车型：FCX-V1和FCX-V2，2000年和2001年推出了FCX，如图5-14所示。

丰田在1992年开始研究FCEV。1996年，它推出了第一款FCEV车型RAV4FCEV，1997年，它推出了RAV4FCEV的改进版。

图5-15丰田FCHV图5-16燃料电池公共汽车