第四章燃料電池汽車課件

新能源汽車概論第四章燃料電池汽車二次電池冷卻裝置燃料電池儲氫裝置驅(qū)動裝置新能源汽車概論第四章燃料電池汽車二次電池冷卻裝置燃料電池4.1燃料電池4.2燃料電池系統(tǒng)4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容燃料電池概念：燃料電池（FuelCell，F(xiàn)C）是一種化學(xué)電池，它直接把物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時釋放出的能量變換為電能，工作時需要連續(xù)地向其供給燃料和氧化劑。它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋放出能量變?yōu)殡娔茌敵龅?，因此被稱為燃料電池。

4.1

燃料電池燃料電池概念：燃料電池（FuelCell，F(xiàn)C）是一種化學(xué)4.1.1燃料電池的種類根據(jù)電池電解液類型不同，可分為五類：

（1）質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）

4.1

燃料電池其原理相當于水電解的“逆”裝置。陽極陰極的電化學(xué)反應(yīng)為：2H2→4H++4e-

4e-+4H++O2→2H2O總電化學(xué)反應(yīng)為：2H2+O2→2H2O

質(zhì)子交換膜的工作原理4.1.1燃料電池的種類4.1燃料電池其原理相當于水電4.1燃料電池陽極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：

H2+2OH-→2H++2e-

O2+4H++4e-→2H2O總電化學(xué)反應(yīng)為：

2H2+O2→2H2O堿性石棉膜型氫氧燃料電池的工作原理（2）堿性燃料電池（AlkalineFuelCell,AFC）

該燃料電池以強堿（KOH、NaOH）為電解質(zhì)，氫氣為燃料，純氧或脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑，采用Pt/C、Ag等為電催化劑制備的多孔氣體擴散電極為氧電極，Pt-Pd/C、Pt/C、Ni制備的多孔氣體電極為氫電極。4.1燃料電池陽極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：堿性石棉膜型氫4.1燃料電池陽極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：

H2→2H2O+2e-

O2+2H2O+4e-→4OH-總電化學(xué)反應(yīng)為：

2H2+O2→2H2O磷酸燃料電池的工作原理（3）磷酸燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell，PAFC）磷酸燃料電池是以磷酸為導(dǎo)電電解質(zhì)的酸性燃料電池。磷酸燃料電池使用液化磷酸為電解質(zhì)，通常位于碳化硅基質(zhì)中。當以氫氣為燃料、氧氣為氧化劑時，在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。4.1燃料電池陽極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：磷酸燃料電池的4.1燃料電池陽極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：

H2+CO32-→H2O+CO2+2e-

O2+2CO2+4e-→2CO32-總電化學(xué)反應(yīng)為：O2+2CO2+2H2→2CO2+2H2O熔融碳酸鹽燃料電池工作原理（4）熔融碳酸鹽燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell，MCFC）熔融碳酸鹽燃料電池是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。單體的熔融碳酸鹽燃料電池一般是平板型的，由電極-電解質(zhì)、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成。4.1燃料電池陽極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：熔融碳酸鹽燃料4.1燃料電池（5）固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell，SOFC）固體氧化物燃料電池的基本組成固體電解質(zhì)是固體氧化物燃料電池最核心的部件，它的主要功能在于傳導(dǎo)氧離子，它的性能（如電導(dǎo)率、穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、致密化溫度等）不但直接影響電池的工作溫度及轉(zhuǎn)換系數(shù)，還決定了與之相匹配的電極材料及其制備技術(shù)。4.1燃料電池（5）固體氧化物燃料電池（SolidOxi4.1燃料電池陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：O2+4e-→2O2-陽極材料首選價格最低的NI/YSZ陶瓷合金。固體氧化物燃料電池工作原理示意圖（5）固體氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell，SOFC）4.1燃料電池陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：O2+4e-→2O24.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性當由燃料電池提取電流時，因電極和電解液中存在歐姆電阻而產(chǎn)生電壓降，它正比于電流密度，即式中，Re為按面積所得的等值歐姆電阻；i為電流密度。在燃料電池中，由于需要附加能量去克服活性勢壘，故部分產(chǎn)生的能量損失存在于促成物質(zhì)反應(yīng)的過程之中。這些損耗稱為活性損耗，并由活性電壓降ΔVa予以表達。Tafel關(guān)系式是應(yīng)用于這一特性的最一般的數(shù)學(xué)描述，由此可得活性電壓降為也可寫為式中，其中i0為平衡態(tài)條件下的交變電流；b為取決于過程的常數(shù)。4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性當由燃料電池提取電4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性當電流流通時，離子在鄰近負極處放電，因此，在該區(qū)域中，離子濃度趨于減小。因離子缺少所導(dǎo)致的電壓降稱為濃度電壓降，因為它與緊鄰電極處的電解液濃度的降低相關(guān)聯(lián)。對應(yīng)于較低的電流密度，濃度電壓降通常較小。在電極處離子被遷移（燃料電池中的陰極）條件下，由離子濃度所引起的電壓降可表達為而在電極處離子被生成（燃料電池中的陽極）條件下，則為

式中，iL為極限的電流密度。4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性當電流流通時，離子4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性因離子濃度所導(dǎo)致的電壓降不僅限于電解液，當反應(yīng)物或生成物是氣態(tài)物時，在反應(yīng)區(qū)中，局部壓力的變化也表征了離子濃度的變化。例如，在氫氧燃料電池中，氧可以從空氣中引入，當反應(yīng)發(fā)生時，氧被遷移接近電極微孔中的電極表面，而在那里與在整體空氣情況中相比，氧的局部壓力必然下降。由局部壓力變化所必然導(dǎo)致的電壓降為式中，Ps

為表面處的局部壓力；Po為所用多孔材料中的局部壓力。4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性因離子濃度所導(dǎo)致的4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性如圖為氫氧燃料電池在溫度為T=80℃條件下，其單元電壓與電流密度的關(guān)系曲線。由圖可見，由化學(xué)反應(yīng)（包含活性和濃度變化）引起的壓降是產(chǎn)生電壓降的原因。氫氧燃料電池的單元電壓與電流密度的關(guān)系曲線燃料電池中的能量損耗可通過電壓降予以表達，因此，燃料電池的效率可表示為式中，V0r為在標準條件下單元電池的可逆電壓。4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性如圖為氫氧燃料電池4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性氫氧燃料電池的效率-電流密度曲線如圖所示，隨著電流增加，效率下降而功率增加。因此，在低電流下運用燃料電池，即在低功率下可獲得高運行效率。氫氧燃料電池中的運行效率隨著電流密度的變化4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性氫氧燃料電池的效率4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性氫-空氣燃料電池系統(tǒng)輔助設(shè)備主要包括空氣循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、排氣扇、燃料供應(yīng)泵和電控設(shè)備。在輔助設(shè)備中，空氣循環(huán)泵的能量消耗最大，其消耗功率（含驅(qū)動電機）約占燃料電池堆總輸出功率的10%，其他較小4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性氫-空氣燃料電池系4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性該圖表明了該燃料電池系統(tǒng)的最佳運行區(qū)域在其電流范圍的中間區(qū)域，估計在最大電流的7%～50%范圍內(nèi)。大電流將導(dǎo)致低效率，是因為在燃料電池堆中產(chǎn)生了較大的電壓降；另一方面，很小的電流導(dǎo)致低效率，則是因為輔助設(shè)備所消耗能量的百分比的增大。氫-空氣燃料電池的單元電壓、系統(tǒng)效率和凈功率密度隨凈電流密度變化的曲線4.1燃料電池4.1.2燃料電池的特性該圖表明了該燃料電4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆單體電池殼體及膜電極集合體膜電極集合體（1）膜電極組件

陰極擴散層陰極催化劑層質(zhì)子交換膜陽極催化劑層陽極擴散層4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆單體電池殼體及膜4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（2）電極催化劑電催化劑的功能是加速電極與電解質(zhì)界面上的電化學(xué)反應(yīng)或降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)更容易進行。在質(zhì)子交換膜燃料電池中，催化劑的主要功能是促進氫氣的氧化和氧氣的還原。催化劑必須具備以下幾個條件：高電催化活性催化劑要對氫氣氧化反應(yīng)和氧氣還原反應(yīng)都具有較高的催化活性，而且還要對反應(yīng)過程中存在的副反應(yīng)具有較好的抑制作用高電催化穩(wěn)定性催化劑的穩(wěn)定性取決于其化學(xué)穩(wěn)定性和抗中毒能力?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好是指催化劑在電解質(zhì)溶液中不腐蝕。

大的比表面積有適當?shù)妮d體有好的導(dǎo)電性因為氫或氧在催化劑上反應(yīng)后的電子要通過催化劑傳導(dǎo)，因此，催化劑必須具有較高的電導(dǎo)率。用適當?shù)妮d體就能夠達到這樣的效果。常用的載體有活性炭、炭黑等，它們的比表面積大、導(dǎo)電性好。電催化活性一般與催化劑的比表面積有關(guān)。一般來說，比表面積大，電催化活性也高。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（2）電極催化劑4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（3）質(zhì)子交換膜它是一種絕緣體，作為隔膜，把陰、陽兩極分開，防止電池短路，也防止氫氣與氧氣直接接觸。它是一種質(zhì)子導(dǎo)體，它能把氫在陽極氧化生成的H+輸送至陰極，提供陰極反應(yīng)所需要的H+，并使電池形成電回路。質(zhì)子交換膜功能質(zhì)子交換膜最主要的性能是要有好的質(zhì)子導(dǎo)電性。Nafion膜的性能Nafion膜有很好的質(zhì)子導(dǎo)電性，一個H+的遷移一般要伴隨0.6個水分子的遷移。這種膜在缺水的情況下，H+的傳導(dǎo)性將顯著下降，所以保持膜的適度濕潤性非常重要。干的

Nafion膜有很好的機械強度，但當其含水量增加時，機械強度會降低，因此必須控制質(zhì)子交換膜燃料電池的水含量。Nafion膜的另一個優(yōu)點是有好的化學(xué)穩(wěn)定性。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（3）質(zhì)子交換膜Nafion膜存在的問題1.價格昂貴2.膜內(nèi)水量難控制3.膜濕度要求較高4.操作溫度5.在0℃一下膜內(nèi)結(jié)構(gòu)被破壞4.2

燃料電池系統(tǒng)4.2.1燃料電池堆（3）質(zhì)子交換膜Nafion膜存在的問題1.價格昂貴2.膜內(nèi)水量難控制3.膜4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流場雙極板的功能分隔反應(yīng)氣體并通過流場將反應(yīng)氣體導(dǎo)入燃料電池，收集并傳導(dǎo)電流和支撐膜電極同時還承擔(dān)整個燃料電池系統(tǒng)的散熱和排水功能雙極板又稱集流板、隔板，是電池的核心部件之一。質(zhì)子交換膜燃料電池的氣室主要是由雙極板構(gòu)成的。每個雙極板的兩面形成兩個氣室：一面是氫氣室；另一面是氧氣室。雙極板的中間是冷卻管道。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流場雙極板的要求①提供氣體通道。雙極板必須具有合適的流場結(jié)構(gòu)，而且能提供氣體通道，使反應(yīng)氣體在氣室內(nèi)均勻分布和流動，并帶出電池中生成的水氣。②分開氫氣和氧氣。③容易加工成形且價格低廉。④集電流作用。單體電池通過雙極板實現(xiàn)電連接，因此雙極板必須好的導(dǎo)電性。⑤控制電池溫度。雙極板中間設(shè)計有冷卻水的通道，用來控制電池溫度，因此，雙極板必須是熱的良導(dǎo)體。⑥支撐隔膜和電極的組合體。⑦要有好的抗腐蝕性。⑧雙極板材料要價格低廉、雙極板材料要重量輕。⑨較低的面電阻、。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流場流場功能：①引導(dǎo)反應(yīng)氣體的流動方向，確保反應(yīng)氣體均勻分配到電極各處。②合理流場結(jié)構(gòu)可以使電極各處都能獲得充足的反應(yīng)物。③及時把電池生成的水排出，保證電池具有較好的性能和穩(wěn)定性。雙極板結(jié)構(gòu)示意圖4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流場流場種類：點狀流場、網(wǎng)狀流場、多通道流場、蛇形流場、交錯型流場、交指流場、螺旋流場、平行流場、平行蛇形流場和平行溝槽流場等。蛇形流場平行流場平行蛇形流場4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.1.燃料電池堆（4）雙極板和流4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.2.氫供給系統(tǒng)在通常狀況下，氫是無色、無味、無嗅的氣體，極難溶解于水。與其他氣體能量載體不同的是，氫氣難以液化，導(dǎo)致大規(guī)模的儲氫非常困難，這已經(jīng)成為氫能利用走向規(guī)?；钠款i。為了更大規(guī)模、更安全地儲氫，人們進行了如下多種氫氣存儲方法的研究。壓縮氣體形式儲氫通過壓縮方式儲存氫，對環(huán)境污染很小，使用比較安全。液態(tài)儲氫在22K左右的溫度下以液態(tài)形式儲存氫，是目前唯一使用最廣泛的大規(guī)模儲氫方式。

可逆金屬氫化物儲氫碳納米纖維儲氫各國學(xué)者對碳納米材料的儲氫研究剛剛開始，研究成果也各不相同。但，納米纖維儲氫已經(jīng)顯示出了顯著的優(yōu)越性，有望成為未來儲氫的有效方法。金屬氫化物在較低的壓力下具有較高的儲氫能力。金屬氫化物儲氫雖然具有較高的容積效率且使用安全，但質(zhì)量效率較低。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.2.氫供給系統(tǒng)在通常狀況下，氫4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.2.氫供給系統(tǒng)用氫氣作為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)設(shè)備相對簡單，起動快、性能穩(wěn)定，對負荷變化的響應(yīng)快，相對成本較低。因此采用質(zhì)子交換膜燃料電池的燃料電池汽車受到了高度的重視。典型的車載供氫系統(tǒng)模型4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.2.氫供給系統(tǒng)用氫氣作為燃料的4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.2.氫供給系統(tǒng)過濾器的作用是給儲氫罐提供高純度氫氣，具有單向截止的功能。高壓氣體通過減壓后向燃料電池發(fā)動機提供穩(wěn)定的氫氣供應(yīng)。流量電磁控制閥門開度大小的控制信號由過流保護裝置發(fā)出。儲氫罐口過流保護裝置的設(shè)計構(gòu)想4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.2.氫供給系統(tǒng)過濾器的作用是給4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.3.熱管理系統(tǒng)熱管理的必要性：為了保持電池的恒溫運行，并避免電池堆在高電流密度工作時造成局部過熱，必須要進行熱管理。熱管理對電池溫度的控制溫度較低時，電池存在較為明顯的活化極化，而且質(zhì)子交換膜的阻抗也較大。另一方面，如溫度較高，使水蒸發(fā)速度加快，會使反應(yīng)氣體帶走過量的水而使質(zhì)子交換膜脫水，使膜的性能變差，引起電池性能下降。冷卻裝置：將電池運行時產(chǎn)生的熱量及時排出，使質(zhì)子交換膜燃料電池在恒溫下工作，以保持穩(wěn)定的性能。冷卻方式冷卻水循環(huán)方式，這種方式比較方便，但要消耗較多的動力。利用液體的蒸發(fā)來控制溫度，被稱為利用液體的潛熱。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.3.熱管理系統(tǒng)熱管理的必要性：4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.4.水管理系統(tǒng)（1）水管理的原因電池中的水是由兩個方面產(chǎn)生的：一方面是增濕帶入一部分水；另一方面是反應(yīng)生成的水。水在質(zhì)子交換膜燃料電池中是以氣態(tài)和液態(tài)存在的。質(zhì)子交換膜燃料電池中使用的Nafion膜的H+擴散一定需要水的伴隨，Nafion膜的H+電導(dǎo)率與膜內(nèi)含水量成一定的比例關(guān)系，如膜內(nèi)沒有水分，

Nafion膜就不能傳導(dǎo)H+，因此，沒有水電池就不能工作。另外，氧在陰極上還原生成水，如不把生成的水排出，電池內(nèi)含水過多后，會淹沒電極，阻塞電極或氣體擴散層的孔洞，使氫氣和氧氣都不能擴散到電極上，電池也不能正常工作。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池正常工作的一個重要條件就是要控制好電池內(nèi)的水分，濕度要適宜。而且，電池內(nèi)的水含量要均勻，局部的水分過多或過少，也會影響電池的性能.4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.4.水管理系統(tǒng)（1）水管理的原4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.4.水管理系統(tǒng)（2）水管理方式增濕方式外增濕方式內(nèi)增濕方式鼓泡法。這種方法一般適用于實驗室使用，而不適用于實際的電池系統(tǒng)。噴射法。這種方法需要加壓泵和閥門等，這些設(shè)備要消耗能量，但該技術(shù)比較成熟，一般在大型質(zhì)子交換膜燃料電池堆上廣泛使用。自吸法。該法是在電極的擴散層中加入燈芯，這些燈芯浸在水中，將水直接吸入Nafion膜內(nèi)。這種方法可實現(xiàn)膜濕度的自我調(diào)節(jié)，缺點是燈芯的使用增加了電池的密封難度，因此現(xiàn)在較少使用。較好的一種內(nèi)增濕方式是讓空氣和氫氣呈逆向流動排列，各干燥的反應(yīng)氣體在進入電池后從膜中吸收水分，而膜要從電池的潮濕反應(yīng)氣體中吸收水分，在電池組內(nèi)部形成水循環(huán)，從而使安全操作成為可能。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.4.水管理系統(tǒng)（2）水管理方式4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.5.氫安全系統(tǒng)通常采用兩種措施：一是儲氫裝置和輸送管路選用不易造成泄漏的材料和結(jié)構(gòu)；二是實時監(jiān)測燃料電池系統(tǒng)中氫的泄漏情況。（1）燃料電池系統(tǒng)的安全保護措施①、氫氣源切斷保護裝置當汽車發(fā)生碰撞事故時，保護裝置會根據(jù)碰撞傳感器所發(fā)出的信號及時切斷電源和氣源，以避免因氫氣泄漏而造成更為嚴重的事故。②、用吸能車架保護燃料電池系統(tǒng)一些燃料電池汽車車身、車架采取了特殊的結(jié)構(gòu)措施，以保護燃料電池系統(tǒng)在汽車發(fā)生碰撞時不易受損。③、儲氫瓶的安全措施儲氫瓶壓力高達25～35MPa，當汽車發(fā)生碰撞時，如果高壓儲氫瓶受損破裂，則后果將不堪設(shè)想。為此，除了選用高強度的儲氫瓶外，在汽車結(jié)構(gòu)上還要考慮盡可能減小汽車碰撞時對儲氫瓶的沖擊。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.5.氫安全系統(tǒng)通常采用兩種措施4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.5.氫安全系統(tǒng)（2）燃料電池汽車氫氣監(jiān)測系統(tǒng)燃料電池汽車氫氣監(jiān)測系統(tǒng)工作原理：氫傳感器將周圍氫氣含量參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號，并輸送給控制器，然后控制器根據(jù)氫傳感器的信號判斷是否有氫氣泄漏及泄漏的嚴重程度，并輸出相應(yīng)的控制信號，使危險報警裝置發(fā)出危險警報，或使用安全處理裝置進行控制（切斷高壓電路或關(guān)閉氫氣源），及時排除安全隱患。燃料電池汽車氫氣監(jiān)測系統(tǒng)4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.5.氫安全系統(tǒng)（2）燃料電池汽4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.5.氫安全系統(tǒng)（3）燃料電池汽車的其他安全措施①、燃料電池汽車的防靜電措施一些燃料電池汽車的車體底部通常設(shè)有接地導(dǎo)線，可及時將靜電釋放回大地，以確保燃料電池汽車的安全。②、燃料電池汽車的防爆措施采用防爆型氫傳感器，不用觸點式傳感器；當燃料電池汽車儲氫瓶內(nèi)存有氫氣時，嚴禁在車上進行電焊等會產(chǎn)生電弧的相關(guān)操作。③、燃料電池汽車氫安全操作規(guī)程嚴禁在車庫內(nèi)進行大規(guī)模的加氫操作；在燃料電池汽車起動前，應(yīng)檢查燃料電池系統(tǒng)管路的氣密性，確保無泄漏；在調(diào)試及燃料電池汽車起動前，應(yīng)用氮氣吹掃管路，并且在調(diào)試時必須由專人配備便攜式氫含量探測儀來檢查氫泄漏情況。4.2燃料電池系統(tǒng)4.2.5.氫安全系統(tǒng)（3）燃料電池汽4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用燃料電池汽車的驅(qū)動模式，按照能源組合方式不同，可分為純?nèi)剂想姡≒FC）驅(qū)動和混合驅(qū)動兩種形式?；旌向?qū)動包括燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動（FC+B）、燃料電池與超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+C）及燃料電池與蓄電池和超級電容聯(lián)合驅(qū)動（FC+B+C）。

4.3.1PFC型燃料電池汽車純?nèi)剂想姵仉妱悠嚨膭恿ο到y(tǒng)如圖4-22所示，DC-DC變換器的作用是阻抗匹配，以解決燃料電池發(fā)動機輸出特性偏軟的問題。圖4-22純?nèi)剂想姵仉妱悠嚨膭恿ο到y(tǒng)4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用燃料電池汽車的驅(qū)動模式，按照4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.1PFC型燃料電池汽車優(yōu)點：

①

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置。

②

系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化。

③

較少的部件使得整體的能量傳遞效率高，從而提高整車的經(jīng)濟性。問題：

①

由于燃料電池的功率很大，導(dǎo)致燃料電池制造成本上升及整車質(zhì)量增加，引起整車消耗的功率增加。

②

燃料電池系統(tǒng)效率較高，但燃料電池系統(tǒng)的氫氣消耗量會增加，增加整車單位里程消耗的燃料，增加運營成本。

③

當汽車功率需求較大時，燃料電池易發(fā)生過載，難以滿足動態(tài)響應(yīng)要求，系統(tǒng)壽命較短。

④

系統(tǒng)無法實現(xiàn)再生制動。一般情況下不采用單獨燃料電池驅(qū)動的方式。目前的燃料電池汽車主要采用的是混合驅(qū)動形式。4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.1PFC型4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B型燃料電池汽車FC+B（燃料電池＋輔助動力電池）型聯(lián)合驅(qū)動的燃料電池電動汽車，在該動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動電機提供能量，驅(qū)動電機將電能轉(zhuǎn)化成機械能傳給傳動系統(tǒng)，從而驅(qū)動汽車前進。在汽車制動時，驅(qū)動電機變成發(fā)電機，動力電池將儲存回饋的能量。動力電池還可以單獨以純電動的模式驅(qū)動車輛，可以實現(xiàn)在燃料電池出現(xiàn)故障時的跛行返回。燃料電池+輔助蓄電池形式動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B型燃料電池汽車該燃料電池系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點：①由于增加了價格相對低廉得多的動力電池組，從而大大地降低了整車成本，且動力電池技術(shù)比較成熟，可以在一定程度上彌補燃料電池技術(shù)上的不足。②燃料電池單獨或與動力電池共同提供持續(xù)功率，而且在車輛起動、爬坡和加速等有峰值功率需求時，動力電池可以單獨輸出能量或者提供峰值功率。③制動能量回饋的采用可以回收汽車制動時的部分動能，該措施可能會提高整車的能量效率。④系統(tǒng)對燃料電池的動態(tài)響應(yīng)性能要求較低。4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B型燃料電池汽車該燃料電池系統(tǒng)主要有以下缺點：①②動力電池充放電過程會有能量損耗。③系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。動力電池的使用使得整車的質(zhì)量增加，動力性和經(jīng)濟性受到影響，這點在能量復(fù)合型混合動力汽車上表現(xiàn)得更為明顯。4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B型燃料電池汽車

電機最大功率：100kW；最大轉(zhuǎn)矩：290N·m

蓄電池鋰離子電池；最大容量：1.4kW·h；最大輸出：35kW

續(xù)駛里程純電動模式最大385km

性能0～100km/h加速時間為4.8s；最高時速為170km/h

燃油消耗等同于柴油3L/100km

低溫啟動-25℃以下

奔馳B級F-Cell車的透視圖奔馳B級燃料電池車技術(shù)參數(shù)4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.2FC+B4.3燃料電池汽車的類型及應(yīng)用

4.3.3FC+C