1燃料电池汽车技术及其发展概况燃料电池汽车技术及其发展概况学院：汽车学院学院：汽车学院班级：班级：14 级三班级三班姓名：周鑫言姓名：周鑫言学号：学号：1452053撰写日期：撰写日期：2014.1.22目录目录摘要摘要.3.3关键词.31.1.燃料电池概述燃料电池概述.3.31.1 工作原理.31.2 特点.32.2.燃料电池汽车结构与特点燃料电池汽车结构与特点.4.42.1 概况.42.2 特点.43.3.燃料电池汽车发展概况燃料电池汽车发展概况.5.533.1 各大汽车厂商的参与.53.2 燃料电池汽车推广存在的问题.64.4.结语结语.6.6参考文献参考文献.7.7摘要摘要：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险，同时，化石燃料的利用也不可避免的带来环 境的污染，为了给子孙后代的创造可持续的发展环境，我们急需发展一种全新 的“清洁”汽车-燃料电池汽车。关键词关键词：燃料电池汽车，可再生能源，发展概况41.1.燃料电池概述燃料电池概述燃料电池，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发明，由于燃料电池具有质量能量密度高、 能量输出稳定、可靠性高、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发展。1.1 工作原理工作原理：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， 但是工作方式与普通的电池有所不同，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 以持续的供给，燃料电池就能连续地发电。同时，我们还可以通过改变化学反 应的条件来改变能量转换的速率，实现不同功率的输出，可以说，燃料电池是 工作更为温和，效率更高（燃料电池的效率一般高于 60%，远高于内燃机的 30%40%）的内燃机。下面简单介绍一下氢氧燃料电池的工作原理。燃料（氢气）进入气体通道到达阳极（Anode） ，在铂催化剂的作用下，发 生阳极反应： 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，与通过电解质薄膜到达阴极的 H+在催化剂作用下发生阴极反应：反应过程结束，产生电能以及副产物水。1.2 特点特点燃料电池的诸多优点使得其在汽车上有广泛的应用前景，燃料电池有很多的 优点：1.燃料电池的能量转换效率高。由于燃料电池采用电化学反应，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5应也不可避免的要生成热量，实际效率一般为 60%80%） ，使用效率更可达普 通内燃机的 23 倍。2.真正清洁无污染由燃料电池的工作方式看，燃料电池对环境无污染。燃料电池是通过电化学 反应,而不是采用燃烧（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） 。如果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，例如市面上采用最为广泛的聚合物锂离子电池、镍氢 蓄电池等可充电电池，在生产时要用到镍、锂等难炼制金属，而且镍、锂矿的 开采以及镍、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.安静无噪声燃料电池运行安静,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，功率输出平稳通过改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定功率 的 200%。5.燃料补充方便：可以以氢气、甲醇、天然气等作为资源，可以方便的利用现成的加油站系 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很多的优点，仍然存在不少不足。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铂催化剂，造成燃料电池的成本一直 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，但是较高的成本依然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-氢气的储藏与制备技术仍不成熟。大规模的制造氢气仍然一定 的问题。2. 燃料电池汽车结构与特点燃料电池汽车结构与特点2.1 概况概况6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、 天然气，汽油等富含氢原子的烃类物质经改质后产生的氢气为燃料的燃料电池 汽车。 按电源系统的配置不同，可分为：1.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 三种方式毫无疑问，燃料电池汽车与传统汽车，混合动力汽车以及纯电动汽车相比 拥有很多优势。2.2 特点特点1.清洁无污染。燃料电池汽车的运行过程中完全不排放污染物，只生成水， 是完全意义上的“清洁汽车” 。2.燃料补充方便，快捷，续航力远超普通纯电动汽车。纯电动汽车充电时 间较长，一次充电完成需要 78 小时，而且充满电后续航里程较短，常常不超 过 300km。而燃料电池汽车可以像传统的汽油汽车一样方便的补充燃料，而且 充满燃料后一般的续航里程可达到 400km 以上，甚至超过了很多的传统的使用 汽油的车辆。3.效能高。燃料电池汽车有极高的能源利用效率。由于燃料电池本事就是 一种效率极高的能量生成装置，加上车辆合理的设计（如再生制动系统的使用， 辅助电池的应用） ，使得燃料电池汽车具有极高的能源利用效率。4.动力性能优异。燃料电池可以持续稳定的输出电力，加上高性能电机的 应用，使得燃料电池汽车具有极佳的动力性能。以奔驰 B 级紧凑型轿车 F-Cell 燃料电池型为例，其采用的同步电机最大输出功率可达 100 千瓦，峰值扭矩可 达 290 牛米。动力系统的性能远超普通的 2.0L 自然吸气式汽油发动机，并且 拥有良好的燃油经济性，其燃料消耗仅仅相当于每百公里耗油 3.3 升（价格上） 。 最高时速可达 170 公里/小时，仅比采用自然吸气引擎的奔驰 B200 低了 26 公 里/小时。3 3燃料电池汽车发展概况燃料电池汽车发展概况日本经济产业省前几年就对燃料电池汽车开发与推广制定了时间表，其战 略目标是：到 2010 年，日本使用的燃料电池汽车达到 5 万辆；2020 年达到 500 万辆；到 2030 年，要全面普及燃料电池汽车。近期，日本又计划在 5 年 内斥资 2090 亿日元开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池，以 及氢燃料电池科技。72009 年，美国政府正式宣布停止支持燃料电池电动车的研发。2008 年，欧盟决定斥资亿欧元用于燃料电池和氢能源的研究和发展。中国政府大力支持燃料电池汽车以及纯电动汽车的研发与市场推广，2010 年上海世博会期间，世博园区投入了 196 辆燃料电池公交车，取得了良好的运 行效果。3.1 各大汽车厂商的参与各大汽车厂商的参与虽然各国政府对燃料电池汽车的热情不尽相同，但是世界各大汽车厂商推 入了巨大的热情进行了燃料电池车辆方面的研究，有很多已经开发出了实用化 的燃料电池汽车。其中，戴姆勒奔驰、福特汽车、通用汽车、本田、雷诺、 日产和丰田汽车均已走在了世界的前列。1.德国戴姆勒奔驰公司奔驰 B 级 FCELL 奔驰 B 级 F-CELL 以奔驰 B 车为基础，搭载氢燃料电池驱动系统，只需加注 氢燃料，可以通过车内燃料电池装置迅速将燃料转化成电能，加满氢燃料的过 程仅需 3 分钟。设计师把它的氢燃料罐和燃料电池设计成独特的夹层结构，可 以大大提高车辆的可用空间。该车一次加满燃料的续航能力达 400 公里。2.丰田Mark X Zio 氢燃料电池车丰田汽车曾宣布与美国萨凡纳河国家实验室 （SRNL： Savannah River National Laboratory）以及可再生能源实验室（NREL：National Renewable Energy Laboratory）共同实施了燃料电池车“Highlander FCHV-adv”的公路实验。实验 结果表明，该车的续航距离可达到 693km。该车充满燃料可行驶 780 公里， 燃料效率是传统汽油车的 3 倍，它的最高时速可达 160 公里/小时，百公里加 速为 7 秒。计划将于 2015 年上市。3.本田本田 FCX Clarity 燃料电池车最早商品化的燃料电池车 FCX Clarity。全新一代的燃料电池汽车 FCX Clarity 以本田独创的燃料电池堆“V Flow FC Stack”技术为核心。同时外观上实 现了燃料电池车所特有的抢眼设计，划时代的外观线条。以及超凡的驾驭感觉。 不仅实现了车辆清洁性，而且还赋予了燃料电池车独特的新价值和新魅力。4.马自达氢燃料混合动力车马自达 RX-8 Hydrogen RE马自达一直在进行燃料电池开发计划。近期，马自达开发出以氢气为燃料 的内燃机，绕开高成本的燃料电池同样实现零排放的最终目标。但是续驶里程 过短和氢气成本高的阴影仍然笼罩在氢发动机汽车之上。但是该型车通过氢燃 料和汽油混用可行驶约 600 公里。85.大众帕萨特领驭氢燃料电池车该车采用氢燃料电池发动机，能量转换效率高达 80%，是普通内燃机的 3 倍。6.通用汽车凯迪拉克 Provoq 概念车这款车搭载最新 e-flex 氢燃料电池驱动系统该车一次续航里程可达 483 公里， 百公里加速仅为 8.5 秒。3.2 燃料电池汽车推广存在的问题燃料电池汽车推广存在的问题 燃料电池汽车虽然较传统的汽油汽车，混合动力汽车以及纯电动汽车有技术 上的优势，但是却一时难以普及，原因是多方面的。1.燃料电池的成本过高。燃料电池的成本过高是制约燃料电池汽车发展的最 大阻碍，早期由于燃料电池采用贵重的铂金属催化剂，使得成本居高不下，虽 然近几年通过世界各地科研人员的不懈努力，已经开发出了新型的无铂催化剂， 使得电池成本有了明显的降低，但是仍然没有降到可以进行大规模普及的程度。 以奔驰 B 级燃料电池汽车为例，奔驰 B 级燃料电池汽车的售价为 5 万美元，约 33 万人民币，而同时期的奔驰 B 级汽车的售价却只有约 22 万人民币（以上均 指美国