燃料电池汽车发展.docx

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1、燃料电池汽车技术及其进展概况摘要：随着世界经济与人口的快速增长，人们对石油等资源的需求越来越大。传统的化石燃料正面临枯竭的危急，同时，石油等资源的采用也不行避开的带来环境的污染，为了给子孙后代的制造可持续的进展环境，我们急需进展一种全新的“清洁”汽车。燃料电池汽车作为一种抱负的传统汽车替代方案有着其固有的优势,本文将以典型的燃料电池汽车为例，阐述燃料电池汽车的主要结构，技术特点。并将对燃料电池汽车的进展进行概括。关键词:燃料电池汽车，可再生能源，进展概况:燃料电池概述:燃料电池（Fuel cell）,是一种通过氧化还原反应将燃料（氢气）转换成电力的装置，最早由英国物理学家威廉格鲁夫爵士创造，由

2、于燃料电池具有质量能量密度高、能量输出稳定、牢靠性高、不产生有害排放物（一般只生成水）、使用成本低廉等优点，燃料电池获得了较快的进展。1）工作原理：燃料电池严格意义上讲只是一种能量发生装置，它的结构与一般电池相同,但是工作方式与一般的电池有所不同，虽然两者均由正负两个电极以及相应的电解质组成。燃料电池可以持续的将化学能转化为电能。只要燃料和氧化剂可以持续的供应，燃料电池就能连续地发电。同时，我们还可以通过转变化学反应的条件来转变能量转换的速率，实现不同功率的输出，可以说，燃料电池是工作更为温柔，效率更高（燃料电池的效率一般高于60%l,远高于内燃机的30%40%）的内燃机。下面简洁介绍一下氢一

3、氧燃料电池的工作原理。OUTPUT ELECTRICITYAnode HCathode (+)图1-1Oxygen由图1-1可知：燃料（氢气）进入气体通道到达阳极（Anode）,在销催化剂的作用下，发生阳极反应：H22Ht+2e然后氢离子通过电解质薄膜（Electrolyte Membrane）到达阴极（Cathode）。同时，氧化剂（氧气）通过气体通道到达阴极，与通过甩解质薄膜到达阴极的H在催化剂作用下发生阴极反应：l2O2+2F+2eH20反应过程结束，产生电能以及副产物水。Hydrogen fuel is channeled through field flowplates to the

4、 anode o one side of the fuel cell,vile oxygen from te air is canneled to thecathode on the other side of the cell.HydrogenGasHydrogenFlow FieldAt the anode, aplatinum catalystcauses thehydrogen to sp4itinto positivehydrogen ions(protons) andnegatively chargedelectronsOxygen二 FnldThe Polymer Eectroh

5、yteMembrane (PEM) allowsonly the positivelycharged ons to passthrough it to the cathode.The negatively chargedelectrons must travelalong an external circuitto the cathode, creatingan electrical current. At the cathode, the electronsand positively chargedhydrogen ions mbe withoxygen to form water, wh

6、ichflows out of the cell.图1-22）特点燃算电池的诸多优点使得其在汽车上有广泛的应用前景，燃料电池有许多的优点：1.燃料电池的能量转换效率高。由于燃料电池采纳电化学反应，与内燃机的气体膨胀做功方式不同。燃料电池的能量转换过程中不涉及燃烧，理论转换效率高达100% （但由于电化学反应也不行避开的要生成热量，实际效率一般为60%80%）,使用效率更可达一般内燃机的23倍。2 .真正清洁无污染由标料电池的工疝方式看，燃料甩池对环境无污染。燃料电池是通过也化学反应，而不是采纳燃烧（化石燃料）或储能（蓄电池）方式输出能量。燃烧会释放如CO2、NO2、SO2等温室与有害气体以及粉

7、尘等污染物。相对而言，燃料电池正常工作时只产生水和热（产热很小）。假如氢是通过可再生能源产生的，那么就可以做到真正的清洁无污染。虽然蓄电池工作过程中也不产生环境污染，但是蓄电池的制造过程一般会对环境造成较大的负面，例如市面上采纳最为广泛的聚合物锂离子电池、银氢蓄电池等可充电电池，在生产时要用到银、锂等难炼制金属，而且银、锂矿的开采以及银、锂（锂是极活泼元素）的提取需要耗费巨大的资源，间接造成了环境的污染。3 .宁静无噪声燃料电池运行宁静，没有机械运动部件，噪声大约只有55dB,仅仅相当于人们正常交谈的水平。4 .能量密度高，功率输出平稳通过转变燃料电池的反应条件，甚至可以瞬时将输出功率提高到额

8、定功率的200%o5 .燃料补充便利：可以以氢气、甲醇、自然 气等作为资源，可以便利的采用现成的加油站系统改造燃料电池汽车所需的加氢站，加气站。3）存在的问题：虽然燃料电池系统有许多的优点，仍旧存在不少不足。最主要的问题就是过高的成本，由于燃料电池需要用昂贵的的催化剂，造成燃料电池的成本始终居高不下，虽然最近几年随着国际社会加大了对燃料电池的开发力度，使得成本有所下降，但是较高的成本依旧是燃料电池技术广泛普及的最大障碍。其次，燃料电池的燃料-氢气的贮存与制备技术仍不成熟。大规模的制造氢气仍旧肯定的问题。4）与一般蓄电池的区分1 .燃料电池是将燃料的化学能转变为电能的装置（严格意义上讲燃料电池不

9、是电池，只是一个能量生成装置）。但燃料电池在产生电能时，参与电化学反应的燃料在经过反应后，被不断地消耗且生成不行重新采用的反应物。因此，燃料电池需要不断地输入燃料。燃料电池的技术性能确定后，只要源源不绝地供应燃料，就可以源源不绝地产生电能，其放电特性是连续进行的，但是燃料电池不行以充电。2 .一般蓄电池是一种能量储存装置，只存储电能，不产生电能。蓄电池的活性物质随蓄电池的充电和放电反复进行可逆性化学变化，活性物质一般不会产生消耗。一般蓄电池的技术性能确定后，必需先充电，将电能储存到电池中，才能在工作时输出电能，而且在电能消耗完后，必需在重复充电后才可能重复使用,其放电特性是循环进行的，而且使用

10、寿命一般与燃料电池相比较短。二.燃料电池汽车结构与特点燃料电池汽车按燃料种类可分为：1.以纯氢气为燃料的燃料电池汽车2.以、自然 气，汽油等富含氢原子的妙类物质经改质后产生的氢气为燃料的燃料电池汽车O按电源系统的配置不同，可分为：L燃料电池直接驱动型2.燃料电池与蓄电池混合电源型。3.燃料电池与超级电容器混合电源型。4.燃料电池与蓄电池及超级电容多电源型。第一种由于效率较低，一般很少使用。现在的主流燃料电池汽车一般均使用第2, 3, 4三种能量供应方式。本文下面将以Honda FCX Clarity为例（采纳燃料电池与帮助电池作为车辆能源）简要介绍燃料电动汽车结构。2007年，本田（Honda

11、）发布了其旗下的首款市场化的氢氧燃料电池汽车-Honda FCX Clarity, 一款真正体现了绿色、节能与环保的汽车。2022年本田发布了其旗下的新一代FCX Clarity,但考虑到昂贵的价格以及燃料供应的问题，FCX现在只在日本以及美国的少数地区租赁销售。FCX在租赁期间，包括保养费及保险费在内的租金将是三年每月600美元。2022年本田推出了新一代的FCX Clarity,在燃料电池技术，以及整车的细节设计上都有了较大的改进。图 1-1： 2022 Honda FCX ClarityFCX Clarity采纳氢气作为车辆燃料电池的能源,从图2.1可以看到,Honda FCXClari

12、ty可以通过加氢站向车辆添加燃料，具Honda官方数据，Honda FCX Clarity在一次加满燃料时，可以连续行驶570Km,最高时速更是达到了 160Kmh0【2】远非一般的电动汽车可比，一般的蓄电池电动汽车由于受制于电池本身结构的限制，存储的能量有限，严峻限制了电动汽车的续航里程，现在市售的典型纯电动汽车，如2022年10月26日，在深圳正式上市的定名为e6先行者（图1-3）的比亚迪纯电动车，售价达36.98万，一次布满电后最多仅可以一次行驶300多公里。最高时速也仅仅可以达到140Kmh.仅仅从技术指标来看，燃料电池汽车具有一般电动汽车无法比拟的优势。New Public Hydr

13、ogen StatiorzXddConveniencdKJr FCX Clarity Custouel Cell-h Cell Electric Vehicle图2-2图2-3比亚迪e61）车辆概况Honda采纳了新一代的小型轻量化燃料电池堆”V Flow FC Stack,采纳了新一代的电动机系统，而且全车使用的多种新一代环保技术，如内饰的采纳世界首创植物型新材料Honda生物纤维。使得FC Clarity真正成为一辆绿色、环保的车辆。Honda FCX Clarity的技术指标非常先进，图2-4呈现了 Honda FCXClarity的主要技术规格。索车定员动力总成电动马达最大功率103K

14、W最大扭矩种类256N . m交流电6机（永久破钱型）燃料电池箱种类PEMFC（体高分子最人功率100KW锂离子电池电压288V就料种类高国负气崎存方式高缶氢气球（350大气压）显气弹容量171L尺寸（长交 nm）4845 x1B45x 14/0 rrmifi1635 kg最高车速160m续S离570 km|能源储海锂离子电池图24 Honda FCX Clarity技术规格Honda FCX Clarity动力系统结构主要由动力掌握单元(Power ControlUnit),燃料储气罐(Hydrogen Storage Tank),电动机(Electric Motor)，燃料电池堆(Fuel

15、 Cell Stack ),高功率的电池(High-Output Battery)等五部分组成。Hydrogen Storage TankPower Control UnitGoverns the flow ofelctrityStores hydrogen gasmpressed at extremelyhigh pressure to increasedriving rangeHigh-Output BatteryElectric MotorPropels the vehicle much morequietly, smoothly, andefficiently than an internalcom