NO.715 燃料电池电动汽车类型 直接燃料电池电动汽车 按燃料特点分类 重燃料电池电动汽车 压缩氢燃料电池电动汽车 按燃料存储方式分类 燃料电池汽车 液态燃料电池电动汽车 合金吸附氢燃料电池电动 汽车 纯燃料电池驱动（PFC） 按多电源的配置分类 燃料电池与辅助蓄电池联 合驱动（FC+B） 燃料电池与超级点容联合 驱动（FC+C） 燃料电池与辅助蓄电池和 超级电容联合驱动 （FC+B+C） 燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的FCEV 燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的FCEV 燃料电池与辅助动力电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）的 FCEV 燃料电池发电基本原理 燃料电池发电的基本原理是，电池的阳极（燃料极）输入氢气 （燃料），氢分子（H2）在阳极催化剂作用下被离解称为氢离 子（H+）和电子（e-），氢离子（H+）穿过燃料电池的电解质 层向阴极（氧化极）方向运动，电子（e-）因通不过电解质层而 由一个外部电路流向阴极；在电池阴极输入氧气，氧气在阴极 催化剂作用下离解称为氧原子（O），与通过外部电路流向阴极 的电子（e-）和燃料穿过电解质的氢离子（H+）结合生产稳定 结构的水（H20），完成电化学反应，放出热量。 这种电化学反应与氢气在氧气中发生的剧烈燃烧反应是完全不 同的，只要阳极不断输入氢气，阴极不断输入氧气，电化学反 应就会连续不断地进行下去，电子（e-）就会不断通过外部电路 流动形成电流，从而连续不断地向汽车提供电力。 催化剂：一种化学物质，可以提高反应速度没有被消耗；在反 应之后，它可以从反应混合物中恢复，在化学上不变。 催化剂可以降低活化能所需能量，允许更快地或在较低的温度 进行的反应。 在燃料电池、催化剂促进氧化极和燃料的反应。 它通常是由铂粉很薄涂到碳纸或布。 催化剂是粗糙和多孔因此铂的最大表面面积可以接触到氢或氧。 催化剂的铂镀在面朝在燃料电池中的膜。 燃料电池反应堆是一个化学“发电厂”，利用电解水的逆反应过 程从氢气和氧气化学反应过程中电荷转移得到电能。 2（H20）通电=2（H2）+（O2） 负极：H2→2H++2e正极：1/2 O2+2H++2e-→H2O 丰田两代燃料电池堆参数对比 款型 2008年型燃料电池堆 新型（Mirai）燃料电池堆 体积功率密度、质量功 率密度 1.4Kw/L、0.83Kw/Kg 3.1Kw/L、2Kw/Kg 体积/质量 64L/108Kg 37L/56Kg 电池单体数量 400片（两排堆叠） 370片（一排堆叠） 电池单体厚度 1.68mm 1.34mm 电池单体重量 166g 102g 电池单体流场 直通道流场 3D精细网格流场 安装位置 电机舱 地板下方 储氢罐 储氢罐是气态氢的储存装置，用于给 燃料电池提供氢气。 为了保证燃料电池电动汽车一次充气 有足够的续驶里程，就需要多个高压 储气罐来储存气态氢气。 一般轿车需要2-4个高压储气罐，大 客车需要5-10个高压储气罐。 图中是丰田Mirai氢燃料电动汽车的 储气罐图，其由两个储气罐组成，容 积分别为60L和62.4L，最大可以储存 5公斤氢燃料，储气压力可达70兆帕。 罐体采用碳纤维+凯夫拉复合材质， 其强度可以抵挡轻型枪械的攻击。 加满两个储气罐大约需要3-5分钟时 间。 储氢罐 储氢罐是气态氢的储存装置，用于给燃料电池提供氢气。 为了保证燃料电池电动汽车一次充气有足够的续驶里程，就需要 多个高压储气罐来储存气态氢气。 一般轿车需要2-4个高压储气罐，大客车需要5-10个高压储气罐。 图中是丰田Mirai氢燃料电动汽车的储氢罐图，其由两个储气罐组 成，容积分别为60L和62.4L，最大可以储存5公斤氢燃料，储气 压力可达70兆帕。 罐体采用碳纤维+凯夫拉符合材质，其强度可以抵挡轻型枪械的 攻击。 加满两个储气罐大约需要3-5分钟时间。 DC/DC转换器 FCEV的燃料电池需要装置单向DC/DC转换器，蓄电池和超级电 容器需要装置双向DC/DC转换器。 DC/DC转换器的主要功能有调节燃料电池的输出电压，能够升压 到650V；调节整车能量分配；稳定整车直流母线电压。 驱动电机 燃料电池电动汽车使用的驱动电机主要有直流电机、交流电机、 永磁同步电机和开关磁阻电机等。 丰田FCV作为一款氢燃料电池车，前后轴各配备了一台最大输出 功率114Kw，最大扭矩335Nm的电动机。 TOYOTAMiral 位于车头的电动机最大输出功率113KW，峰值扭矩达到了 335N∙m，虽然Mirai的车重超过了1.8吨，但如此夸张的扭矩输出 依然保证了其良好的中低速响应。 整车控制器 整车控制系统是燃料电池汽车的控制核心，其由燃料电池管理系 统、电池管理系统、驱动电机控制器等组成，它一方面接受来自 驾驶员的需求信息（如点火开关、加速踏板、制动踏板、档位位 置信号等）实现整车工况控制；另一方面基于反馈的实际工况 （车速、制动、电机转速等）以及动力系统的状况（燃料电池及 动力蓄电池的电压、电流等），根据预先设定好的多能源控制策 略进行能量分配调节控制。 Mirai的工作原理为：储氢罐中的氢气与车头吸入的氧气在燃料 电池内发生反应，产生的电能驱动电机从而带动车辆；反应产生 的剩余电能存入储能电池（充电电池）。 燃料电池汽车特点 燃料电池电动汽车优点： 与传统内燃汽车以及纯电动汽车相比，燃料电池电动汽车具有以 下优点。 （1）效率高 燃料电池的工作过程是化学能转化为电能的过程， 不受卡诺循环的限制，能量转换效率较高，可以达到30%以上， 而传统汽油机和柴油机汽车效率分别为16%-18%和22%-24%。 （2）续驶里程长 采用燃料电池系统作为能量源，克服了纯电动 汽车续驶里程短的缺点，其长途行驶能力及动力性已经接近于传 统汽车。 （3）绿色环保 燃料电池没有燃烧过程，以纯氢作燃料，生成 物只有水，属于零排放。 采用其他富氢有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池汽车 的燃料，生成物除水之外还可能有少量的CO2，接近零排放。 （4）过载能力强 燃料电池除了在较宽的工作范围内具有较高 的工作效率外，其短时过载能力可达额定功率的200%或更大。 （5）低噪声 燃料电池属于静态能量转换装置，除了空气压缩 机和冷却系统以外无其他运动部件，因此与内燃机汽车相比， 运行过程中噪声和振动都较小。 燃料电池汽车特点 燃料电池电动汽车的缺点： （1）燃料电池电动汽车的制造成本和使用成本较高。 （2）辅助设备复杂，且重量和体积较大。 （3）启动时间长，系统抗振能力有待进一步提高。 此外，在FCEV收到振动或者冲击时，各种管道的连接和密封的 可靠性需要进一步提高。 燃料电池车 任将持续探索 如何获得绿色的氢气？ 就世界范围而言世界上主流的二种制氢方法为电解水和甲烷燃烧。 电解水是目前获得绿色氢气的主要办法，但在制造氢气过程中会 产生大量的电力消耗，导致氢气成本上升，进而增加汽车使用成 本。 甲烷燃烧氢世界上主流的氢气制造方法，他的问题是在制造过程 中产生了远比汽车排放出多的多的污染气体。 配套设施建设任重而道远 具估算建造一个氢气燃料站需要100万到200万美元，因为氢气 具有爆炸性，需要解决处理液态氢气的存放问题，其次需要对氢 气制造和运输环节投入巨资，每一个环节又会增加成本，复杂性 和污染。 目前，美国现约有50个氢气燃料站。 日本有9个预计在2015年增加到45个。 其他国家的配套设施建设道路任很遥远。