第6章燃料电池电动汽车.ppt

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新能源汽车技术第6章燃料电池电动汽车6.1燃料电池6.2燃料电池电动汽车概述6.3燃料电池电动汽车的基本结构6.4燃料电池电动汽车的传动系统设计6.5燃料电池电动汽车车型实例6.1燃料电池6.1.1燃料电池的发展动态6.1.2燃料电池的分类6.1.3燃料电池的特点6.1.4燃料电池系统6.1.5质子交换膜燃料电池6.1.1燃料电池的发展动态燃料电池是一种化学电池,它直接把物质发生化学反应时释出的能量变换为电能,工作时需要连续地向其供给活性物质—燃料和氧化剂。20世纪90年代,质子交换膜燃料电池获得了较大的发展。目前,燃料电池必须解决的问题是提高电池寿命,降低电池的制造成本。6.1.1燃料电池的发展动态目前,车用燃料电池急需解决以下关键问题:提高单位质量(或体积)电流密度及功率;开发能储存更多氢能的车载氢储存器具,提高续驶里程;解决好氢气的安全问题;积木化设计电池组件,开发有效的制造工艺,并进行高效的自动化生产,降低材料和制造费用;发展质子交换膜燃料电池的同时开发应用其它燃料,像甲烷、柴油等驱动的燃料电池,以拓宽应用范围。6.1.2燃料电池的分类按燃料电池的运行机理分类按燃料使用类型分类按电解质分类按燃料种类分类按工作温度分类按燃料状态分类6.1.3燃料电池的特点燃料电池的缺点燃料种类单一要求高质量的密封制造成本高,电池价格昂贵需要配备辅助电池系统6.1.4燃料电池系统质子交换膜燃料电池主要由以下系统组成。1.燃料供应系统给燃料电池提供燃料,如氢气、天然气、甲醇等。2.氧化剂系统给燃料电池提供氧气。氧气的来源有从空气中获取氧气或从氧气罐中获取氧气,空气需要用压缩机来提高压力,以增加燃料电池反应的速度。6.1.4燃料电池系统3.发电系统指燃料电池本身,它将燃料和氧化剂中的化学能直接变成电能,无需经过燃烧过程,它是一个电化学装置。4.水管理系统由于质子交换膜燃料电池中质子是以水合离子状态进行传导,所以燃料电池需要有水,水少会影响电解质膜的质子传导特性,从而影响电池的性能。6.1.4燃料电池系统5.热管理系统大功率燃料电池发电的同时,通常产生的热与其发电量相当。燃料电池的工作温度是有一定限制的,需要及时将电池生成的热带走,否则会发生过热,烧坏电解质膜。6.电力系统将燃料电池发出的直流电变为适合用户使用的电。6.1.4燃料电池系统7.控制系统主要包括电池系统的启动与停工;维持电池系统稳定运行的各操作参数的控制;对电池运行状态进行监测、判断等。8.安全系统由于氢是燃料电池的主要燃料,氢的安全十分重要。安全系统由氢气探测器、数据处理系统以及灭火设备等构成。6.1.4燃料电池系统氢的存储与输送是燃料电池应用的关键技术之一。目前有两种方式:储氢和重整制氢。1.储氢目前使用比较广泛的储氢技术:高压储氢液态储氢储氢材料储氢6.1.4燃料电池系统2.重整制氢(目前使用最广泛的制氢方式)目前使用的重整技术主要有:蒸汽重整部分氧化重整自动供热重整等离子体重整6.1.5质子交换膜燃料电池PEMFC采用可传导离子的聚合膜作为电解质。1.基本结构PEMFC由质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板组成。1.基本结构(1)质子交换膜质子交换膜(简称PEM)是PEMFC中最重要的部件之一,其性能好坏直接影响电池的性能和寿命。它不只是一种将阳极的燃料与阴极的氧化剂隔开的隔膜材料,它还是电解质和电极活性物质(电催化剂)的基底,即兼有隔膜和电解质的作用;另外,PEM还是一种选择透过性膜,在质子交换膜的高分子结构中,含有多种离子基团,它只允许H+穿过。1.基本结构(2)电催化剂为加快电化学反应速度,气体扩散电极上都含有一定量的催化剂。PEMFC电催化剂主要有铂系和非铂系电催化剂两类。目前多采用铂催化剂。1.基本结构(3)电极PEMFC电极是一种多孔气体扩散电极,一般由扩散层和催化层构成。扩散层是导电材料制成的多孔合成物,起着支撑催化层,收集电流,为电化学反应提供电子通道、气体通道和排水通道的作用。催化层是进行电化学反应的区域,是电极的核心部分,其内部结构粗糙多孔,因而有足够的表面积以促进氢氧的电化学反应。1.基本结构(4)膜电极膜电极是通过热压将阴极、阳极与质子交换膜复合在一起而形成的。

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