项目七 燃料电池电动汽车（课件）-《汽车文化》同步教学（北京理工大学出版社）

项目七 燃料电池电动汽车 项目七 燃料电池电动汽车 任务7.1 燃料电池电动汽车概述 任务7.2 燃料电池电动汽车结构 任务7.3 燃料电池电动汽车典型车型 任务一 燃料电池电动汽车概述 学习目标 1.理解燃料电池汽车的基本概念，熟悉燃料电池的工作原理； 2.了解燃料电池的类型； 3.了解燃料电池汽车的优缺点。 【建议完成本任务的时间为2课时】 任务描述 图7-1本田CLARITY 资讯分析 燃料电池汽车是利用燃料电池，将燃料中的化学能直接转化为电能来进行动力驱动的汽车。 燃料电池汽车使用的燃料主要包括氢、甲醇、汽油、柴油等，国际上普遍采用的是高能量密度的液态氢。其电池能量不是经过燃料的燃烧产生的，而是通过氢气和氧气的化学作用直接生成电能的。燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，所以燃料电池汽车是无污染汽车，而且燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2~3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。 与传统汽车相比，燃料电池汽车的优势在于：能量转换效率高，零排放或近似零排放，减少了传统发动机机油泄漏带来的水污染，降低了温室气体的排放，提高了燃油经济性，运行平稳、低噪声。 主要缺陷在于：燃料电池汽车的制造成本和使用成本较高，储存燃料的装置复杂、笨重，汽车的起动时间较长，如以氢气为燃料的燃料电池汽车起动时间一般需要3min，系统的抗振能力还有待进一步加强。 资讯分析 活动1.燃料电池电动汽车的特点 燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其核心部件是燃料电池，燃料电池是一种能够持续通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。 燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，它与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气。燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车辆直接携带着纯氢燃料，另外一些车辆有可能装有燃料重整器，能将烃类燃料转化为富氢气体。而单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。 1.燃料电池电动汽车的特点 燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）采用燃料电池作为动力源。相比于内燃机汽车，燃料电池电动汽车主要有以下优点： （1）直接燃料电池电动汽车 直接燃料电池电动汽车的燃料主要是纯氢，也可以用甲醇等燃料。采用纯氢作燃料的燃料电池电动汽车，其氢燃料的储存方式有压缩氢气、液态氢和合金（碳纳米管）吸附氢等几种。 （2）重整燃料电池电动汽车 重整燃料电池电动汽车的燃料主要有汽油、天然气、甲醇、甲烷、液化石油气等。重整燃料电池电动汽车的结构要比氢燃料电池电动汽车复杂得多。比如，甲醇重整燃料电池电动汽车需要对甲醇进行200℃左右的加热以分解出氢，汽油重整燃料电池电动汽车也需要对汽油进行1000℃左右的加热以分解出氢。无论采用什么燃料，重整燃料电池电动汽车都需设置重整装置，将其他燃料转化为燃料电池所需的氢。 图7-2 燃料电池与内燃机效率对比 直接以纯氢为燃料的燃料电池电动汽车对储氢装置的要求较高。但与重整燃料电池电动汽车相比，直接燃料电池电动汽车的结构简单、质量轻、能量效率高、成本低。因此，目前的燃料电池电动汽车采用重整技术的相对较少，大都以纯氢为车载氢源。 （1）燃料电池的能量转换效率极高。因燃料直接通过化学反应产生电能，无热能转换过程，故不受卡诺循环的限制，能量转换效率高，实际能量转换效率高达50%~70%。 （2）零排放或近似零排放。当燃料电池使用氢燃料时，其排放的是水，无污染；当使用甲醇、汽油等其他燃料时，排放的CO比汽油车少1/2。 （3）结构简单、运行平稳。燃料电池堆可由若干个单个电池串联或并联而成，可根据质量分配均衡和空间有效利用的原则，机动灵活地进行配置。 （4）燃料电池无运动部件，振动小、噪声低，零部件对机械加工精度要求不高。 虽然氢燃料电池汽车在环保方面有很大的优势，但是它还处于发展的初级阶段。限制其发展的主要因素有以下几点。 （1）生产成本高。 目前，不论是液态氢、气态氢、储氢金属储存的氢，还有碳水化合物经过重整后转换的氢，都是燃料电池的唯一燃料。氢气的产生、储存、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求很高。燃料电池的生产、运输、储存等成本较高。 （2）使用配套不足。 由