新能源汽車結(jié)構(gòu)與維修 課件 任務(wù)13 豐田Mirai燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)

任務(wù)13豐田Mirai燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)模塊7燃料電池電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與維護(hù)學(xué)習(xí)目錄1任務(wù)接受2學(xué)習(xí)目標(biāo)3任務(wù)準(zhǔn)備4任務(wù)實(shí)施5任務(wù)總結(jié)任務(wù)13豐田Mirai燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)

劉先生購買第二代豐田Mirai燃料電池電動(dòng)汽車。交車時(shí)，4S店派出了售后服務(wù)工程師就車輛的使用與日常維護(hù)進(jìn)行了培訓(xùn)與指導(dǎo)。任務(wù)接受1.能夠描述燃料電池電動(dòng)汽車的定義與分類。2.能夠解釋燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。3.能夠描述燃料電池電動(dòng)汽車電動(dòng)使用注意事項(xiàng)。4.能夠進(jìn)行燃料電池電動(dòng)汽車的維護(hù)。5.培養(yǎng)愛護(hù)環(huán)境良好的品德、低碳生活的價(jià)值觀。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)準(zhǔn)備13.1燃料電池電動(dòng)汽車使用與維護(hù)準(zhǔn)備1.培訓(xùn)計(jì)劃1）介紹燃料電池電動(dòng)汽車基本知識(shí)。2）介紹豐田Mirai汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。3）豐田Mirai汽車的使用。4）豐田Mirai汽車的日常維護(hù)。2.設(shè)備與材料準(zhǔn)備（表13-1）表13-1維護(hù)設(shè)備與材料準(zhǔn)備名稱數(shù)量名稱數(shù)量豐田Mirai汽車1輛使用說明書1本/組汽車舉升機(jī)1臺(tái)/組常規(guī)拆裝工具1套/組600V絕緣手套1套/組輪胎氣壓表1個(gè)/組冷卻液防凍冷卻液1罐/組制動(dòng)液1罐/組工具盆1套/組手套、抹布等1批/組任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

1.燃料電池電動(dòng)汽車定義及特點(diǎn)

（1）定義

燃料電池電動(dòng)汽車（FuelCellElectricVehicle，簡(jiǎn)稱FCEV），它是以燃料電池作為單一動(dòng)力源或是以燃料電池系統(tǒng)與可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)作為混合動(dòng)力源的電動(dòng)的汽車。任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

1.燃料電池電動(dòng)汽車定義及特點(diǎn)

（2）特點(diǎn)1）零排放，不污染環(huán)境。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水；2）能量轉(zhuǎn)化效率高。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)60～80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍；3）氫燃料來源廣泛，可以從可再生能源獲得，不依賴石油燃料。4）燃料電池成本過高，而且燃料的存儲(chǔ)和運(yùn)輸按照目前的技術(shù)條件來說非常困難。5）燃料電池汽車的技術(shù)復(fù)雜，發(fā)展較為緩慢，短時(shí)間內(nèi)還無法替代傳統(tǒng)汽車。任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

2.FCEV基本組成結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）基本結(jié)構(gòu)

FCEV一般由燃料罐、燃料電池、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)和蓄電池組等部分構(gòu)成（圖13-1所示）。

圖13-1FCEV基本組成結(jié)構(gòu)任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

2.FCEV基本組成結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）基本結(jié)構(gòu)1）燃料電池組是FCEV的電源，由多個(gè)1V以下的燃料電池串連組成，是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。以質(zhì)子交換膜燃料電池為例，單體燃料電池主要由質(zhì)子交換膜、催化劑層、氣體擴(kuò)散層、陽極和陰極等組成，如圖13-2所示。

圖13-2單體燃料電池的組成

任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

2.FCEV基本組成結(jié)構(gòu)與工作原理

燃料電池工作時(shí)，外界不斷供給氫氣往陽極，供給空氣往陰極（圖13-3），在催化劑（鉑、多孔石墨等）作用下，產(chǎn)生如下反應(yīng)：

圖13-3燃料電池的工作原理

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2.FCEV基本組成結(jié)構(gòu)與工作原理

2）控制系統(tǒng)（圖13-4）用于控制燃料電池堆的反應(yīng)過程（起動(dòng)、反應(yīng)、輸出電能的調(diào)整、停止等）和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程，所有工作狀態(tài)由各種傳感器采集，集中反饋到整車控制器，由各控制器控制燃料電池組和驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及儲(chǔ)氫罐安全運(yùn)行。

圖13-4燃料電池汽車工作狀態(tài)監(jiān)控管理任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

2.FCEV基本組成結(jié)構(gòu)與工作原理

3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。燃料電池的電流需要經(jīng)過專用的大功率動(dòng)力DC/DC轉(zhuǎn)換器，將燃料電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓的直流電流，然后經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電輸送給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。4）輔助動(dòng)力系統(tǒng)。通常在FCEV上還要裝配一個(gè)蓄電池組作為輔助電源，其作用：①用于FCEV快速起動(dòng)；②用于儲(chǔ)存FCEV在再生制動(dòng)時(shí)反饋的電能；③為電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等電氣設(shè)備提供低壓電源。任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

2.FCEV基本組成結(jié)構(gòu)與工作原理

（2）FCEV的工作原理

如圖13-5所示，由燃料罐不斷地供給燃料，燃料電池把燃料氧化的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的直流電經(jīng)過控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電機(jī)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪。圖13-5FCEV的工作原理任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)3.燃料電池汽車的分類

（1）按燃料類別和反應(yīng)機(jī)理

可分為氫型、碳型、氮型和有機(jī)物型燃料電池，其中以氫氣、甲醇、聯(lián)氨、一氧化碳等為燃料的電池統(tǒng)稱為氫氧燃料電池，還有以鋁、鎂、鋰和鋅等輕金屬為燃料的金屬燃料電池。

（2）按電池工作溫度

可分為高溫燃料電池、中溫燃料電池和常溫燃料電池。

（3）按電解液類別

燃料電池主要有質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池。各種類型燃料電池對(duì)比如表13-2所示。任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)3.燃料電池汽車的分類

表13-2各種類型燃料電池對(duì)比任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)1）質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）采用氟系高分子膜作為電解質(zhì)，工作溫度60~100℃。單體燃料電池由質(zhì)子交換膜、催化劑層、氣體擴(kuò)散層、雙極板（陰極、陽極）四種基本元件組成（圖13-6）。

圖13-6質(zhì)子交換膜燃料電池組成

工作時(shí)，氫在陽極被轉(zhuǎn)變成氫離子的同時(shí)釋放出電子，電子通過外電路回到電池陰極，與此同時(shí)，氫離子則通過電池內(nèi)部高分子膜電解質(zhì)到達(dá)陰極。在陰極，氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)檠踉?，氧原子得到從陰極傳過來的電子變成氧離子，和氫離子結(jié)合生成水。任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)2）熔融碳酸鹽燃料電池(MoltenCarbonateFuell，MCFC)，這種電池使用溶化的碳酸鹽（碳酸鋰、碳酸鉀）作為電解質(zhì)，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。工作溫度600~700℃，高溫下，這種鹽就會(huì)溶解，產(chǎn)生碳酸根離子，從陰極流向陽極，與氫結(jié)合生成水、二氧化碳和電子。電子然后通過外部回路返回到陰極，在這時(shí)過程中發(fā)電（圖13-7）。

圖13-7溶融碳酸鹽燃料電池工作原理

任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)3）固態(tài)氧化物燃料電池（SolidOxideFuelCell，SOFC)，屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。其單電池由陽極、陰極和固體氧化物電解質(zhì)組成（圖13-8）

在這種燃料電池中，在陰極發(fā)生氧化劑（氧或空氣）的電還原反應(yīng)，即氧氣接觸電子后生成氧離子（O2-），O2-進(jìn)入電解質(zhì)借助電解質(zhì)中的氧空位向陽極遷移。氧的電還原反應(yīng)可由下式表示：

圖13-8固態(tài)氧化物燃料電池工作原理任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

在陽極發(fā)生燃料（氫或富氫氣體）的電氧化反應(yīng)，即氫與經(jīng)電解質(zhì)傳導(dǎo)過來的氧離子O2-反應(yīng)生成水，同時(shí)外電路釋放電子，電子經(jīng)外電路到達(dá)陰極。氫的電氧化反應(yīng)可由下式表示：電池的總反應(yīng)是氧與氫反應(yīng)生成水：

圖13-8固態(tài)氧化物燃料電池工作原理任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

4）磷酸燃料電池（PhoshoricAcidFuelCell，PAFC），是當(dāng)前商業(yè)化發(fā)展得最快的一種燃料電池。

圖13-9磷酸燃料電池工作原理任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)5）堿性燃料電池（AlkalimeFuelCell，AFC)，該電池用堿性液體氫氧化鉀等作為電解質(zhì)，工作溫度是室溫，是早期開發(fā)的產(chǎn)品。

AFC以氫為燃料，純氧或者脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑。工作原理如圖13-10所示。

圖13-10堿性燃料電池工作原理任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

4.豐田Mirai燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)原理（1）基本結(jié)構(gòu)

豐田Mirai汽車外觀與動(dòng)力搭載如圖13-11所示，燃料電池與能量控制單元布置于車輛前艙區(qū)域，3個(gè)高壓氫罐被設(shè)計(jì)在座艙底部呈T形布置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與動(dòng)力電池位于后軸區(qū)域。

圖13-11第二代豐田Mirai汽車任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

4.豐田Mirai燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)原理（2）工作原理

豐田Mirai汽車工作原理如圖13-12所示，氫氣與空氣中的氧氣在燃料電池發(fā)生化學(xué)反生產(chǎn)生電能和水，電能驅(qū)動(dòng)汽車行駛。

圖13-12豐田Mirai汽車工作原理任務(wù)實(shí)施13.2燃料電池電動(dòng)汽車的基本知識(shí)

4.豐田Mirai燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)原理（2）工作原理

如圖13-13所示，豐田Mirai汽車是一輛汽車，還可以作為一個(gè)移動(dòng)電站，在家里停電的緊急情況下，可以用它為用電器供電，最大可以提供9Kw功率。

圖13-13Mirai汽車為室內(nèi)供電任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)1.燃料電池電動(dòng)汽車的使用以豐田Mirai汽車為例，與傳統(tǒng)汽車不同，使用時(shí)應(yīng)注意問題如下：1）應(yīng)熟讀車輛使用說明書，熟悉駕駛室配置（圖13-14）及各操縱機(jī)構(gòu)使用。

圖13-14豐田Mirai汽車駕駛室配置1-轉(zhuǎn)向信號(hào)燈操縱桿和燈光按鈕2-多信息顯示屏3-儀表4-刮水器和車窗清洗按鈕5-緊急閃光燈按鈕6-多媒體顯示屏7-空調(diào)系統(tǒng)控制面板8-機(jī)艙蓋開啟按鈕9-轉(zhuǎn)向盤位置調(diào)整按鈕10-起動(dòng)按鈕11-變速桿12-行李艙開啟按鈕任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)1.燃料電池電動(dòng)汽車的使用2）應(yīng)熟悉汽車信息顯示屏的各種信息（圖13-15），尤其是與傳統(tǒng)汽車不同的信息。汽車信息顯示屏用于顯示燃油效率相關(guān)信息和各種類型的駕駛相關(guān)信息，還可用于更改顯示設(shè)置和其他設(shè)置。左側(cè)為氫燃料計(jì)量表，中間為行車電腦信息顯示區(qū)域，右側(cè)是擋位指示燈等。當(dāng)車輛啟動(dòng)后，系統(tǒng)進(jìn)行自檢的同時(shí)，將會(huì)亮起各種指示燈。

圖13-15汽車信息顯示屏1-氫燃料計(jì)量表2-行車電腦信息顯示區(qū)域3-車速表4-時(shí)間5-擋位指示表6-車外環(huán)境溫度7-里程表和行程表任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)1.燃料電池電動(dòng)汽車的使用

圖13-16行車電腦信息顯示區(qū)域任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)1.燃料電池電動(dòng)汽車的使用表13-5顯示燃料電池系統(tǒng)狀態(tài)

圖13-17FC系統(tǒng)顯示與環(huán)保評(píng)定任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)2.燃料電池電動(dòng)汽車的維護(hù)（1）充氫

充氫口在汽車左后方（圖13-18），氫壓力為70MPa，充氫瞬時(shí)最高壓力是87.5MPa。充氫注意點(diǎn)如下：

1）充氫前，車窗和車門關(guān)閉，關(guān)掉能量按鈕，掛停車制動(dòng)檔，關(guān)掉燈光。

2）充氫時(shí)，不要把香煙等明火靠近。

充氫時(shí)，充入的氣體很冷，充氫管和汽車充氫口的表面也會(huì)變的很冷，甚至表面會(huì)產(chǎn)生霜，剛剛充完氫后，不要用手去摸充氫管或者汽車充氫口，手有可能被凍傷。

3）不要使用指定以外的燃料，可能會(huì)產(chǎn)生故障。

4）充氫完成后必須把蓋子蓋上，如有異物進(jìn)入燃料充氫口，可能會(huì)產(chǎn)生氫泄漏等故障。

任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)2.燃料電池電動(dòng)汽車的維護(hù)（2）充電豐田Mirai是燃料電池堆給驅(qū)動(dòng)用電池充電，不需要從車外充電，但是，車輛長(zhǎng)時(shí)間放置的話，電池會(huì)有少量的放電，所以至少需要2-3個(gè)月充電30min或者行駛16km。萬一電池的電全部放完了，燃料電池系統(tǒng)不能啟動(dòng)了，應(yīng)聯(lián)系豐田4S店。任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)2.燃料電池電動(dòng)汽車的維護(hù)

（3）洗車時(shí)的注意點(diǎn)

1）電機(jī)室內(nèi)不要用水清洗，電器部分接觸到水，會(huì)引發(fā)車輛火災(zāi)。

2）前擋風(fēng)玻璃清洗時(shí)雨刮按鈕要打在OFF檔。如果打在AUTO檔，可能會(huì)導(dǎo)致雨刮運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生夾到手等事故。

3）充燃料口的蓋子可以拿下來清洗，但是不能直接用水來沖洗充燃料的口，如果充燃料口有水進(jìn)入，會(huì)有引起故障。

4）用高壓洗車機(jī)的時(shí)候噴嘴的前端不能接近燃料電池堆、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品、轉(zhuǎn)向器、懸架、制動(dòng)部分的連接部，因?yàn)樗畨焊叩脑?，產(chǎn)品容易受到損傷。任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用維護(hù)2.燃料電池電動(dòng)汽車的維護(hù)

（5）維修

1）更改出廠模式的時(shí)候，一定要去豐田4S店，因?yàn)槭褂昧烁邏弘?，可能?huì)導(dǎo)致重大的傷害。

2）要確認(rèn)電機(jī)室內(nèi)不要忘記工具和抹布，一旦檢查或者清掃使用的工具或者抹布忘在電機(jī)室內(nèi)了，會(huì)成為造成故障的原因，或者電機(jī)室內(nèi)的高溫引起車輛火災(zāi)。

3）更換電池的時(shí)候請(qǐng)使用車輛要求的專用電池，因?yàn)閺碾姵乩锂a(chǎn)生的氫一旦到室內(nèi)，可能會(huì)引起爆炸，如果要更換電池請(qǐng)回豐田銷售店。

電池更換要注意：濕淋淋的手不要換電池，會(huì)造成生銹；換電池時(shí)，電池以外的產(chǎn)品不要移動(dòng)；不要弄彎電極。任務(wù)實(shí)施13.3燃料電池電動(dòng)汽車的使用