1.5 燃料电池电动汽车（课件）-《新能源汽车结构与检修》同步精品课堂（人交版）

单元一 新能源汽车概述 1.5 燃料电池电动汽车 《新能源汽车结构与检修》（人交版） 人民交通出版社 专题复习讲练测 1 学习目标 知识目标 1.学生能够准确阐述燃料电池的工作原理，包括燃料和氧化剂在阳极、阴极的反应过程以及电子和离子的流动方向。 2.掌握燃料电池的分类方法，能列举出按电解质、工作温度和燃料类型分类的不同燃料电池种类。 能力目标 1.培养学生的自主学习能力，通过查阅资料、分析问题和总结归纳，深入了解燃料电池电动汽车的相关知识。 2.提高学生的逻辑思维能力，能够清晰地阐述燃料电池电动汽车各个部分的工作原理和相互关系。 情感目标 1.培养学生对新能源汽车技术的兴趣和探索精神，激发他们对科技创新的热情。 2.增强学生的环保意识，让他们认识到燃料电池电动汽车在减少环境污染和能源可持续发展方面的重要意义。 导入情景 01 一、燃料电池的工作原理和分类 燃料电池的种类繁多,如氢燃料电池、甲醇燃料电池、生物燃料电池等,其主要原理是将燃料及氧化剂中的化学能转换成电能供电动机使用来驱动车辆。 新知学习 02 氢燃料电池 甲醇燃料电池 一、燃料电池的工作原理和分类 1.燃料电池的工作原理 燃料电池实质上是电化学反应发生器,其反应机理是将燃料中的化学能不经燃烧而直接转化为电能。氢氧燃料电池实际上就是一个电解水的逆过程,通过氢氧的化学反应生成水并释放电能,氢气和氧气分别是反应过程中的燃料和氧化剂。 新知学习 02 一、燃料电池的工作原理和分类 如图 1-21 所示,燃料电池通常由三部分组成,即正极(A)负极(C)和电解质(E)。正极(燃料电极)为燃料和电解液提供了一个接触面,在催化剂作用下发生氧化反应并输出电子到外电路。另一方面,负极(氧气电极)为氧气和电解质提供了一个接触面,在催化剂作用下发生还原反应并从外电路接受电子。在正极和负极之间,电解质用于传递燃料反应的离子,并和氧气电极反应,而且还用于传递电子。 新知学习 02 一、燃料电池的工作原理和分类 2.燃料电池的分类 由于燃料电池是一个多变量系统,如燃料类型、电解质类型、燃料供给方式和工作温度等,所以燃料电池具有多种归类方法。 (1)按照工作温度分 可以分为高温型、中温型及低温型三类。工作温度低于 100C 为低温型,工作温度在100~300C之间为中温型,工作温度高于500C为高温型。 新知学习 02 一、燃料电池的工作原理和分类 (2)按燃料的来源分 根据燃料电池使用燃料的来源不同,可分为直接性燃料电池、间接型燃料电池和再生型燃料电池三类。 直接型燃料电池是指燃料不经过转化步骤直接参加燃料电池的电极反应的燃料电池。比如氢氧燃料电池,燃料直接使用氢气。 新知学习 02 一、燃料电池的工作原理和分类 间接型燃料电池是指燃料不直接参加电化学反应,而是要通过重整等方法将燃料转化后再供给燃料电池发电的燃料电池。比如将甲醇重整后富氢的混合气作为燃料电池的燃料即其燃料不是直接使用氢气.而是通过某种方法把甲烷、甲醇或其他烃类化合物转变成氢或含富氢的混合气后再供给燃料电池。 再生型燃料电池是指将燃料电池反应生成的水经过某种方式(如热和光等)分解成氢和氧,再将氢和氧重新输送给燃料电池进行发电的燃料电池。 新知学习 02 二、燃料电池发电系统的组成和工作原理 单独的燃料电池堆是不能发电并应用于汽车的,它必须和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统水/热管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统组成燃料电池发电系统简称燃料电池系统(Fuel Cell System,FCS),才能对外输出功率。目前最成熟的技术是以纯氢为燃料的发电系统,系统结构相对简单,仅由氢源、稳压阀和循环回路组成。典型的燃料电池发电系统示意图如图1-23所示。 新知学习 02 三、汽车用燃料电池发电系统的结构和工作原理 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与纯电动汽车基本相同,主要区别在于动力蓄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,电化学反应所采用的还原剂一般为氢气,氧化剂为氧气或空气。图 1-24 所示为典型汽车用燃料电池发电系统(燃料电池发动机系统)的基本原理。其组成如图 1-25 所示其子系统包括强制通风系统、储气系统、氢安全系统、水管理系统、热管理系统、反应物排放后处理系统、压力调整前处理系统和测试控制平台等。 新知学习 02 三、汽车用燃料电池发电系统的结构和工作原理 新知学习 02 四、燃料电池电动汽车的系统组成和工作原理 燃料电池电动汽车的结构有多种形式: 按照驱动形式,可分为纯燃料电池驱动和混合驱动; 按照燃料电池系统的能量来源,又可分为车载纯氢和燃料重整两种方式。 由于燃料电池电动汽车正处在研究的初期阶段,所以各种技术竞相试用并各有优缺点。 新知学习 02 燃料电池电动汽车的结构 四、燃料电池电动汽车的系统组成和工作原理 (1)纯燃料电池驱动汽车动力传动系统结构 燃料电池的种类不同和选配的辅助电池组种类不同,构成了动力路线的多样性。纯燃料电池驱动汽车驱动系统一般由燃料箱、燃料电池、电机控制器、电机信号线路等组成,如图 1-26 所示。 新知学习 02 四、燃料电池电动汽车的系统组成和工作原理 （2）燃料电池混合动力驱动汽车动力系统 基于燃料电池单独驱动汽车上述这些不利因素,现在已较多地采用了混合驱动这种结构形式。这种结构形式既以燃料电池系统作为主动力源,又增加了动力蓄电池组或超级电容作为辅助动力源。图1-28 所示为混合驱动型燃料电池电动汽车的动力系统结构原理图,从图中可知它主要由燃料电池系统DC/DC变换器、辅助动力源、驱动电机以及各相应的控制器,再加上机械传动与车辆行驶机构等组成。 新知学习 02 四、燃料电池电动汽车的系统组成和工作原理 新知学习 02 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 1： 汽车用燃料电池发电系统中，通常使用的燃料是（ ）。 A. 汽油 B. 柴油 C. 氢气 D. 天然气 解析：汽车用燃料电池发电系统通常使用氢气作为燃料。答案是 C。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 汽车用燃料电池发电系统中，为了提高系统效率，通常会采用（ ）技术。 A. 涡轮增压 B. 能量回收 C. 混合动力 D. 机械增压 解析：为了提高汽车用燃料电池发电系统的效率，通常会采用混合动力技术。答案是 C。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 纯燃料电池驱动汽车动力系统中，唯一的动力源是（ ）。 A. 燃料电池 B. 电池 C. 电动机 D. 发动机 解析：纯燃料电池驱动汽车动力系统中，唯一的动力源是燃料电池。答案是 A。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 燃料电池混合动力驱动汽车动力系统中，通常还包括（ ）。 A. 汽油发动机 B. 柴油发动机 C. 电池 D. 涡轮增压器 解析：燃料电池混合动力驱动汽车动力系统中，通常还包括电池。答案是 C。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 燃料电池电动汽车的优点不包括（ ）。 A. 零排放 B. 续航里程长 C. 加注燃料快 D. 成本低 解析：目前燃料电池电动汽车成本较高，不属于其优点。答案是 D。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 燃料电池电动汽车的工作原理是将（ ）转化为电能，驱动电动机运转。 A. 化学能 B. 热能 C. 机械能 D. 光能 解析：燃料电池电动汽车将化学能转化为电能，驱动电动机运转。答案是 A。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 燃料电池电动汽车的核心部件是（ ）。 A. 燃料电池堆 B. 电动机 C. 电池 D. 控制器 解析：燃料电池电动汽车的核心部件是燃料电池堆。答案是 A。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 以下哪种情况会影响燃料电池电动汽车的性能？ A. 温度过高 B. 湿度太低 C. 氧气供应不足 D. 以上都是 解析：温度过高、湿度太低、氧气供应不足等情况都会影响燃料电池电动汽车的性能。答案是 D。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 燃料电池有哪些主要分类？ 解析：燃料电池主要有以下分类方式：按电解质分类，可分为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等；按工作温度分类，可分为低温燃料电池、中温燃料电池和高温燃料电池；按燃料类型分类，可分为氢燃料电池、甲醇燃料电池等。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 简述汽车用燃料电池发电系统的结构。 解析：汽车用燃料电池发电系统主要由燃料电池堆、燃料储存装置（如储氢罐）、氧化剂供应装置（如空气压缩机）、冷却系统、控制系统等组成。燃料电池堆是核心部分，由多个单电池堆叠而成。燃料储存装置为系统提供燃料，氧化剂供应装置提供氧气，冷却系统保证系统在合适的温度下运行，控制系统对整个系统进行监测和控制。 本节课我们深入学习了燃料电池电动汽车的相关知识。 首先，我们了解了燃料电池的工作原理，即通过燃料与氧化剂的化学反应，将化学能直接转化为电能，在这个过程中产生的产物较为清洁，通常为水。接着，我们探讨了燃料电池发电系统的组成和工作原理。它主要由燃料电池堆、燃料储存装置、氧化剂供应装置等部分组成，通过一系列的化学反应和电子传递实现电能的产生。在燃料电池电动汽车的系统组成和工作原理方面，我们区分了纯燃料电池驱动汽车动力系统和燃料电池混合动力驱动汽车动力系统。纯燃料电池驱动汽车动力系统以燃料电池为唯一动力源，具有零排放等优点，但也面临一些挑战。而燃料电池混合动力驱动汽车动力系统结合了燃料电池和其他储能装置，能够提高汽车的性能和续航里程。 课堂小结 03 简述质子交换膜燃料电池的结构与原理。 请说明燃料电池发电系统的工作原理。 汽车用燃料电池发电系统与普通燃油汽车的动力系统有哪些不同？ 作业布置 04 感谢观看 $$