燃料电池汽车设计.doc

《汽车设计》课程论文 题 目 燃料电池汽车设计 学 院 工程技术员学院 专 业 机械设计制造及自动化 学 号 222010322210241 姓 名 周 绍 锦 成 绩 2013 年 月 日 1.前言 2 2.燃料电池汽车的工作原理 2 3.燃料电池汽车的特点 2 3.1燃料电池汽车的优点: 2 3.2燃料电池汽车的缺点: 3 4.燃料电池汽车动力及其电控系统结构 3 5.燃料电池汽车的关键技术 6 5.1燃料电池技术 6 5.2驱动电机技术 6 5.3车身和底盘设计技术 6 5.4整车热管理 7 5.5测试技术 9 5.6整车系统优化技术 9 6.结论 10 参考文献： 10 燃料电池汽车设计 周 绍 锦 西南大学工程技术学院 2010级机械设计制造及自动化5班 摘要：本文通过对FCV的工作原理、特点及其需要的关键技术的介绍、分析，得出了要达到燃料电池汽车（FCV）的实用化还需要完善一系列关键技术；燃料电池汽车作为一种用清洁能源的新技术汽车，在研制、开发、产业化及商业化方面必将取得突破性进展，成为21世纪的绿色交通工具。 关键词: 燃料电池汽车、工作原理、特点、关键技术 前言 环境污染和能源危机问题已成为全球关注的焦点。治理汽车尾气排放，改善人类生存环境，发展“清洁汽车”，遏止大气状况恶化已成为汽车行业需要解决的首要难题。燃料电池汽车（FCV）是一种用清洁能源作为新能源的新技术汽车，具有节能、零排放、无污染、效率高、噪声低等优点，因而有可能成为解决能源和环保问题的关键技术。燃料电池汽车正越来越受到人们的关注, 成为各国汽车研发的一个重点。 2.燃料电池汽车的工作原理 燃料电池汽车的工作原理是使作为燃料的氢在汽车的燃料电池中，与大气中的氧发生氧化还原反应，从而产生出电能启动电动机驱动汽车。甲醇、天然气、也可以代替氢，不过会产生极少的二氧化碳和氮氧化物。 3.燃料电池汽车的特点 3.1燃料电池汽车的优点: 1）燃料直接通过电化学反应产生电能，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）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，排放的二氧化碳比汽油机少二分之一。 　　3）燃料电池堆可由若干单元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。 3.2燃料电池汽车的缺点: 1)辅助设备复杂。以甲醇或汽油为燃料的燃料电池电动汽车，甲醇或汽油等燃料进行重整后，除产生氢气外，还有少量的CO、C02、CH和NOx等气体混杂在氢气中，其中CO会使催化剂“中毒”而失效，在H2进入燃料电池组之前，必须采用净化装置对CO、C02和NO，进行分离处理，增加了结构和工艺的复杂性。由于甲醇或汽油在重整过程中会产生热量，因此还需要对重整系统进行热的控制和管理。 2)辅助设备重而体积大。目前燃料电池电动汽车大多数是采用氢气作为燃料，但氢气的制取、储存、运输和灌装还没有实现规模化，安全保护要求高。采用氢气作为燃料需要特种储存罐（高压、低温和防护），罐体体积大，占用空间大。目前使用成本也很高，给燃料电池电动汽车的使用带来不便。在采用甲醇、汽油等燃料的燃料电池系统中，需要通过重整器对甲醇、汽油等燃料进行重整后才能制取氢气。目前重器、净化器和其辅助装置在燃料电池电动汽车上所占的体积和重量都较大，还必须进一步解决其小型化和轻量化的问题。 3)起动时间长并需提高系统耐振动能力。采用甲醇或汽油等作为燃料时，需要通过重整器进行重整，一般需要10 min以上才能产生足够的氢气，比内燃机起动的时间长得多，影响了车辆的机动性。燃料电池发动机系统包括燃料电池本身和各种辅助备，在车辆受到振动或冲击时，各种管道的连接和密封的可靠性需要进一步提高，以防止发生氢泄漏，降低氢的利用率，影响燃料电池的效率，严重时还会引发氢气燃烧事故。由于要求严格的密封，使得燃料电池的制造工艺很复杂，并给使用和维护带来困难。 4.燃料电池汽车动力及其电控系统结构 燃料电池汽车的动力系统由燃料电池发动机及其辅助系统、蓄电池组、DC /DC 变换器、DC /AC 变换器和电机组成, 其系统结构框图如图1所示。 图1 燃料电池轿车动力系统结构框图 燃料电池以氢气作为燃料, 为整车提供动力源, 多余的能量以及制动回馈能量存放在动力蓄电池中。在大功率用电的情况下, 动力蓄电池和燃料电池一起向电机供电。DC /DC变换器对燃