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燃料電池汽車
閱讀�12718時間�2011-04-18 15:54:49

  燃料電池汽車是一種節(jié)�、無污染的“零排放”新型汽�,傳�(tǒng)蓄電池的性能與價格未能達(dá)到電動汽車實用化的要�,燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接�(zhuǎn)換成電能的裝�,能量轉(zhuǎn)換效率高,被�(rèn)為今后電動汽車上最理想的驅(qū)動電��

介紹

  燃料電池汽車是電動汽車的一�,其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用,而不是經(jīng)過燃�,直接變成電能或的。它的特點也在于�,能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循�(huán)”的限制,其能量�(zhuǎn)換效率可高達(dá)60%~70%,實際使用效率則是普通內(nèi)燃機(jī)�2倍左�。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會�(chǎn)生有害產(chǎn)�,因此燃料電池車輛是無污染汽�,燃料電池的能量�(zhuǎn)換效率比�(nèi)燃機(jī)要高2�3倍,因此從能源的利用和環(huán)境保�(hù)方面,燃料電池汽車是一種理想的車輛�

  燃料電池汽車的氫燃料能通過幾種途徑得到。有些車輛直接攜帶著純氫燃料,另外一些車輛有可能裝有燃料重整�,能將烴類燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體�

  單個的燃料電池必須�(jié)合成燃料電池�,以便獲得必需的動�,滿足車輛使用的要求�

�(yōu)�

  與傳�(tǒng)汽車相比,燃料電池汽車具有以下優(yōu)點:

  1、提高了�(fā)動機(jī)燃燒效率�

  2、減少了�(jī)油泄露帶來的水污��

  3、降低了溫室氣體的排��

  4、提高了燃油�(jīng)�(jì)��

  5、零排放或近似零排放�

  6、運行平�(wěn)、無噪聲�

�(guān)鍵技�(shù)

  電動汽車的關(guān)鍵技�(shù)包括電動技�(shù)� 自動化技�(shù)、電子技�(shù)、信息技�(shù)及化�(xué)技�(shù),雖然能源是最首要的問�,但是車身結(jié)�(gòu)、電力驅(qū)動以及能源管理系�(tǒng)的優(yōu)化同樣至�(guān)重要�

  與內(nèi)燃機(jī)車相�,電動汽車的行駛里程較短,因此為了盡可能地利用車載的儲存能量,必須選用合適的能量管理系統(tǒng)??梢栽谄嚨母鱾€子系統(tǒng)安裝傳感器,包括車內(nèi)外溫度傳感器、充放電時間的電流電壓傳感器、電動機(jī)的電流電壓傳感器、車速傳感器、加速度傳感器及外部氣候和�(huán)境傳感器。能量管理系�(tǒng)可實�(xiàn) 9 個功能:

  1)優(yōu)化系�(tǒng)能量流;

  2)預(yù)計所生的能量來估計還能行駛的路程�

  3)提供參考以便�(jìn)行有效操��

  4)直接從制動中獲取能量存入儲能元�,例如:蓄電池;

  5)根�(jù)外界的氣候調(diào)節(jié)溫度控制�

  6)根�(jù)外界�(huán)境調(diào)節(jié)燈光亮度�

  7)估計合適的充電算法�

  8)分析能�,尤其是蓄電池的工作記錄�

  9)診斷能源的任何不恰�(dāng)或者無效的操作�

  把能源管理系�(tǒng)和導(dǎo)航系�(tǒng)�(jié)合起來,就可以規(guī)劃能源效率的路徑,鎖定充電站的位置并可以根據(jù)交通狀�(tài)�(yù)測可行駛里程??傊?,能源管理系�(tǒng)綜合了多功能、靈活和可變的顯著優(yōu)�,從而可以合理利用有限的車載能源

  1  燃料電池

  同電化學(xué)電池相比,燃料電池的顯著�(yōu)點在于燃料電池電動汽車可�(dá)到與燃油車一樣的�(xù)駛里程,這是因為燃料電池電動汽車的行駛里程僅與燃料箱中的燃料多少有關(guān),而與燃料電池的尺寸無�(guān)。實際上,燃料電池的尺寸僅與電動汽車的功率需求水平有�(guān)�

  燃料電池的優(yōu)點:

  1)反�(yīng)物加料時間遠(yuǎn)�(yuǎn)短于電化�(xué)電池的充電時間(�(jī)械充電式電池除外��

  2)使用壽命長于電化學(xué)電池并且電池維護(hù)工作量更�。同普通電池相比, 燃料電池是一個能量生成裝�,并且一直產(chǎn)生能量直至燃料用��

  燃料電池的優(yōu)越性有�

  1)高效率地把燃料�(zhuǎn)化為電能�

  2)工作安��

  3)零排放或者低排放工作�

  4)產(chǎn)生的剩余熱量可以再利用;

  5)燃料補(bǔ)充迅�,燃料易于獲��

  6)工作持久可��

  燃料電池電動汽車是汽車、電力拖�、功率電子、自動控�、化�(xué)電源、計算機(jī)、新能源及新材料等工程技�(shù)中成果的集成�(chǎn)�。因�,燃料電池電動汽車的開發(fā)和產(chǎn)�(yè)化需要解決諸多關(guān)鍵技�(shù),如燃料電池、電動機(jī)控制、車身和底盤�(shè)計、測試技�(shù)及系�(tǒng)�(yōu)化等�

  2  燃料電池新技�(shù)

  燃料電池是利用氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生清潔能源的,它不會�(chǎn)� CO2。但�,由于受到氫儲存技�(shù)的限�,目前由燃料電池�(qū)動的汽車樣機(jī)和示范模型行駛距離僅能達(dá)� 322 km。在�(biāo)�(zhǔn)的溫度和壓力�� 如要存儲足夠的氫�(dá)�483 km的行駛距�,就需要一個體積相�(dāng)于雙層巴士大小的�(jī)載燃料電�;而其他方法如將氫氣壓縮儲存在鋼瓶里或?qū)⒁夯臍錃獯鎯υ诠蘩锏�?均因�(zhì)量和體積問題無法實用�

  英國 UK-SHEC 項目組的研究人員,嘗試將氫以更高的密度儲存, 使電池質(zhì)量控制在可接受的范圍�(nèi)。他們采用“化�(xué)吸附”方�,將氣體分子吸入固體化合物的晶格�,在需要時再將其釋放出來。現(xiàn)�,研究人員已研制出一系列氫化鋰化合物,能很好地滿足上述要�。該項目�(xié)�(diào)�、英國牛津大�(xué)的彼得·愛德華茲教授說,“這是燃料電池行業(yè)和交通運輸部門期待已久的突�,這項�(guān)鍵性的突破將使燃料汽車在未� 10 年內(nèi)大量生產(chǎn)和應(yīng)用成為可��

  3  �(qū)動電�(jī)技�(shù)

  為了使車輛一次加夠燃料后行駛更多里程,以及限度地利用氫能源以及盡可能減小車輛改裝后的整備�(zhì)�,這就要求電力�(qū)動系�(tǒng)有高的效率和功率�(zhì)量比。驅(qū)動電�(jī)�(yīng)向著大功�、高�(zhuǎn)�、高效率和小型化方向�(fā)�。當(dāng)前驅(qū)動電�(jī)主要有感�(yīng)電動�(jī)(IM)和磁無刷電動機(jī)(PMBLM),特別是永磁無刷電動機(jī)具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響�(yīng)快等�(yōu)�,在電動汽車方面有著廣闊地應(yīng)用前�。在�(shè)計和選擇�(qū)動電�(jī)時應(yīng)保證電機(jī)的轉(zhuǎn)� / �(zhuǎn)速特性與整車�(fù)載特性匹配良�� 電機(jī)�(zhuǎn)矩的動態(tài)性能�,以及恒�、恒功率和變工況都應(yīng)�(dāng)有較高的效率�

  4  電子控制技�(shù)

  與傳�(tǒng)汽車相同,電子控制在燃料電池汽車的發(fā)展中也將起著越來越重要的作用。汽車的各種操縱系統(tǒng)都會向著電子化和電動化的方向�(fā)�,實�(xiàn)“線操控”即用導(dǎo)線代替機(jī)械傳動機(jī)�(gòu),如“導(dǎo)線制動”和“導(dǎo)線轉(zhuǎn)向”等?,F(xiàn)有的 12 V 動力電源已滿足不了汽車上所有電氣系�(tǒng)的需要,� 42 V 汽車電氣系統(tǒng)新標(biāo)�(zhǔn)的實�,將會使汽車電器零部件的�(shè)計和�(jié)�(gòu)�(fā)生重大的變革� 同時� �(jī)械式繼電器和熔絲式保�(hù)電路也將隨之淘汰。燃料電池的特性有其自身的特點�

  1)電壓低,電流大�

  2)輸出電流會隨溫度的升高而升高,輸出電壓會隨輸出電流的增大而下��

  3)從開始輸出電壓、電流到逐漸�(jìn)入穩(wěn)定狀�(tài),停留在過渡帶范圍內(nèi)的動�(tài)反應(yīng)時間較長�

  正是由于以上特點,大多數(shù)電器和電�(jī)難以適應(yīng)其電壓特�,所以必須和DC/DC 變換器和 DC/AC 逆變器配合使用,需要對燃料電池系統(tǒng)�(jìn)行大量的功率�(diào)節(jié)以保證電壓的�(wěn)��

  5  整車系統(tǒng)�(yōu)化技�(shù)

  燃料電池電動汽車的整車系�(tǒng)是涉及多�(xué)科技�(shù)的復(fù)雜系�(tǒng),其性能受到多學(xué)科相�(guān)因素的影�,因�,必須在充分考慮各影響因素的基礎(chǔ)�,對整車系統(tǒng)�(jìn)行優(yōu)化,可以改�(jìn)燃料電池電動汽車性能和降低整車的�(shè)計和制造成��

  整體化設(shè)計理念中,材料的輕量化和空氣動力�(xué)的充分利用被放在了最重要的位�。因為汽車在行駛過程中,燃料消耗所�(chǎn)生的能量�,只有小部分是真正被用來推動汽車和乘�,而大部分的能量都通過熱量的損�、滾動阻�、空氣阻力及控制系統(tǒng)的低效率等被消耗掉,其�,汽車本身的�(zhì)量和空氣動力�(xué)因素起著很重要的作用。在整體化設(shè)計過程中,強(qiáng)�(diào)�(zhì)量的減輕,即輕量化的車身需要更輕的底盤組件和更小的動力總成,而此組件的相互聯(lián)系和組合小,但可以減小體積和減輕�(zhì)�,甚至可以摒棄原先組件,�(jìn)一步減輕系�(tǒng)的質(zhì)��

相關(guān)廠商

  戴姆�、福特汽�、通用汽車、本�、現(xiàn)代汽�、起亞汽�、雷諾日�(chǎn)和豐田汽車已�(jīng)�(lián)合簽署了�(guān)于燃料電池車的開�(fā)和市場�(jìn)入等�(fā)展方向在�(nèi)的基本意向書。為了燃料電池車的普及,這次�(lián)合簽署的意向書的主要目的是支援氫供給技�(shù)�(shè)備的建設(shè)。這些汽車廠商已經(jīng)積蓄了很多燃料電池方面的技�(shù),而通過�(dá)成一致的�(fā)展意向,全球在零排放的燃料電池汽車的量產(chǎn)實用化上,又向前邁出了一大步。這次署名的各汽車廠商,估計都� 2015 年以�,將多種燃料電池車商品化,并以在全世界普及數(shù)十萬臺燃料電池車為目�(biāo)。當(dāng)然由于各個廠商在商品化和市場�(jìn)入時期等方面的戰(zhàn)略各有不�,所�,有的廠商可能在 2015 年以前就提前�(jìn)入市��

  德國戴姆勒―奔馳公司――該公司計劃以現(xiàn)有的“B 級”為原型,從 09年底開始少量生產(chǎn)�2010 年投入歐洲及美國市場。雖然奔馳公司表�,到 2014 年該公司可以�(dá)� 3000 輛氫燃料汽車的年�(chǎn)�,但也有專家表示,到 2014 年全德能� 500 � 1000 臺車投入運行就不錯了�

  奔馳B 級F―CELL �(xù)航能力達(dá) 400 公里外形特征:它的外觀保留了奔� B級原形車的樣�,是一款豪華的運動休旅車�

  動力特點:據(jù)了解,這款車預(yù)計今年年底上�。該車搭載氫燃料電池�(qū)動系�(tǒng),只需加注氫燃料通過車內(nèi)裝置迅速轉(zhuǎn)化成電能,加滿氫燃料的過程僅需 3 分鐘。設(shè)計師把它的氫燃料罐和燃料電池�(shè)計成獨特的夾層結(jié)�(gòu),這樣就能大大節(jié)省車�(nèi)空間。該車加滿燃料的�(xù)航能力達(dá) 400 公里,百公里耗能相當(dāng)� 3.3 升汽�。它的功率為 136 馬力,時速為170km/h,燃料轉(zhuǎn)化為電能的過程不會產(chǎn)生任何污�,排出的只是水�

  豐田――豐田汽車曾宣布與美國薩凡納河國家實驗室 (SRNL� Savannah River National Laboratory)以及可再生能源實驗室(NREL:National Renewable Energy Laboratory)共同實施了燃料電池車“Highlander FCHV-adv”的公路實驗。實驗結(jié)果表�,該車的�(xù)航距離可�(dá)� 693km�

  豐田Mark X Zio 氫燃料電池車該車充滿燃料可行� 780 公里,燃料效率是雙燃料車的兩倍,是傳�(tǒng)汽油車的 3 �,它的時速可�(dá) 160 公里/小時,百公里加速為 7 �。上市時� 2014 年�

  本田――開�(fā)燃料電池車有概念車“PUYO�,最早商品化的燃料電池車 FCX Clarity,雖然因成本過高的問題在市面上很少能夠見到,但它的名聲早已遠(yuǎn)播天下了� � 08 年夏天本田便向北美市場租� 2009 款本� FCX Clarity 燃料電池車,36 月租�,每� 600 美元的租賃價格讓人不禁感覺到燃料電池車也許并不遙�(yuǎn),但是本田只計劃租賃 100� 200 輛左右的本田 FCX Clarity 燃料電池�,而大多數(shù)�(jī)會將會屬于政宀娛樂名星和一些社會名�。將每輛價值上百萬美元� FCX Clarity 燃料電池車低價租賃出�,本田此舉更多的是在于社會影響,而非�(jīng)�(jì)利益�

  本田FCX Clarity燃料電池車新一代的燃料電池汽車 FCX Clarity 以本田的燃料電池堆“V Flow FC Stack”技�(shù)為核�,實�(xiàn)了燃料電池車所特有的搶眼設(shè)�� 劃時代的外觀線條� 以及超凡的駕馭感覺。不僅實�(xiàn)了超級的清潔�,而且還賦予了燃料電池車獨特的新價值和新魅��

  馬自�(dá)――馬自達(dá)一直在�(jìn)行燃料電池開�(fā)計劃。近期,馬自�(dá)開發(fā)出以氫氣為燃料的�(nèi)燃機(jī),繞開高成本的燃料電池同樣實�(xiàn)零排放的最終目�(biāo)。但是續(xù)駛里程過短和氫氣成本高的陰影仍然籠罩在氫�(fā)動機(jī)汽車之上�

  此外,馬自達(dá)向巖谷產(chǎn)�(yè)公司交付了氫燃料混合動力車“Premacy Hydrogen RE Hybrid�。巖谷產(chǎn)�(yè)和新日本石油等公司在北九州市共同�(jīng)營氫燃料加氣�� 巖谷�(chǎn)�(yè)將把這些新車作為九州地區(qū)的工作用車。這是該款車型首次登陸九州,月租費� 42 萬日元(約合人民� 3.1萬元�?;旌蟿恿π?Premacy 的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)可使用汽油或氫燃�,并配備了電動馬�(dá)。氫燃料和汽油混用可行駛� 600 公里�

  馬自�(dá)RX-8Hydrogen RE馬自�(dá)推出� RX-8 Hydrogen RE 集成了歷�(jīng) 18 年的氫燃料研�(fā)的成果,其采用氫氣和汽油雙燃料切換系�(tǒng)的氫�(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。盡管這款氫動力汽車搭載了 74 升壓力高�(dá) 350 �(biāo)�(zhǔn)大氣壓的高壓氣瓶也只能保� 60 公里的續(xù)駛里�,當(dāng)氫氣耗盡時需要切換使用汽油行駛至加氫站重新補(bǔ)充燃��

  大發(fā)――大�(fā)很早就開始了燃料電池的研�(fā),并且一直積極地投入不使用白金等稀有金屬的燃料電池技�(shù)開發(fā)�。大�(fā)曾于2007 年發(fā)表了“無稀有金屬燃料電� PMfLFC ”的技�(shù),獲得了德國�(quán)威雜志“Angewandte Chemie”的肯定�

  大發(fā)新開�(fā)的新型燃料電池能夠直接使用水合肼(N2H4?H2O)等液體燃料�(fā)�。而常用的固體高分子型燃料電池(PEFC)為了滿足催化劑在強(qiáng)酸性環(huán)境下工作的要求,需要使� Pt等昂貴的催化�。PMfLFC 在堿性環(huán)境下工作,催化劑可以使用 Co � Ni。因此能夠大幅降低燃料電池的成本。而且,與使用氫燃料的 PEFC相比,能夠使用液體燃料的特點使得 PMfLFC更加便于�(yīng)�,燃料罐形狀的自由度也比較高。但肼具有毒�。為了確保安全,大發(fā)工業(yè)將其固化儲存在了燃料罐內(nèi)。但�(xiàn)在還沒有 1 輛車成功運用該技�(shù),可見其投入精力不高�

  福特――福特在燃料電池汽車研發(fā)方面除與巴拉德公司合作外,還與莫比爾展開了合�,共同開�(fā)小型燃料�(zhuǎn)化裝�,即從碳?xì)淙剂?如汽油和柴油)中提取燃料電池用氫氣技�(shù)�

  大眾――帕薩特�(lǐng)馭氫燃料電池� 燃料效率是汽油車3倍外形特征:車身線條硬朗大氣,車尾的每個形與面分割得嚴(yán)�(jǐn)有序,充滿動感�

  動力特點:該車采用氫燃料電池�(fā)動機(jī),它打破傳統(tǒng)�(fā)動機(jī)依靠燃料燃燒來提供能量,而且通過液壓氫燃料來和空氣中的氧氣�(jìn)行化�(xué)反應(yīng),一方面�(zhuǎn)化成電能,另一方面�(zhuǎn)化成水排出車外。這種方式不用�(dān)心燃料的浪費,也不會影響動力�。該車一次加滿燃料的�(xù)航里程達(dá) 235 公里,時速為 145 公里/小時。此外,它與傳統(tǒng)燃料、汽油等車型相比,能量轉(zhuǎn)換效率高�(dá) 80%,是普通內(nèi)燃機(jī)� 3 ��

  凱迪拉克Provoq 概念車這款車搭� e-flex 氫燃料電池驅(qū)動系�(tǒng),通過氫燃料轉(zhuǎn)化成電能作為動力。該車一次續(xù)航里程可�(dá) 483公里,百公里加速僅� 8.5 �。上市時� 2011 ��

  �(xiàn)代――i-Blue 氫燃料電池概念車這是一款全新的 2+2 多用� CUV 車型,搭載氫燃料電池,功率達(dá) 136 馬力。充滿氫燃料�,續(xù)航距離能�(dá) 600 公里,它的車速為 165 公里/小時。上市時� 2012 ��

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