文档介绍：同济大学《汽车发动机概论》论文
燃料电池电动汽车FCEV
姓名：XX
学号：XXXXXX
专业：机械设计制造及其自动化
指导教师：胡宗杰
时间：2010年6月14日
目录
1 FCEV 的结构与工作原理................9
美国...................................................................10
日本...................................................................10
加拿大.................................................................10
中国...................................................................11
5 燃料电池汽车离商品化还有多远...............................................12
6 燃料电池汽车前景展望.......................................................13
1 FCEV 的结构与工作原理
FCEV 动力系统的基本结构
FCEV 的外形和内部空间等与普通汽车几乎没有差别，两者不同之处主要在于动力系统。FCEV 动力系统的基本结构，如图1 所示。燃料电池组发出的电力经DC/AC 逆变器后进入电动机，驱动汽车行驶或经DC/DC 转换器向蓄电池充电，当汽车行驶需要的动力超过燃料电池的发电能力时，蓄电池也参加工作，其电流经DC/DC 转换器进入电动机，驱动汽车行驶。
燃料电池的工作原理
燃料电池是一种电化学装置，是由正负2 个电极以及电解质组成，其工作原理，如图2 所示。在阳极上提供H2，在阴极上提供O2，氢在阳极催化剂的作用下，分解成氢离子和电子。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向阴极，用电负荷接在外部电路中。在阴极上，
O2在催化剂的作用下同电解液中的氢离子吸收抵达阴极上的电子形成水。由于电解质中离子的运动，电极上有电荷的积累，外电路接通后有直流电通过，并可以持续。电解质具有选择通过性，只允许负极产生的质子通过，到达正极，但不允许气体和电子通过。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排出，燃料电池就能连续发电。阳极：H2→2H++2e-
阴极：O2+4H++4e-→2H2O
总的化学反应式：2H2+O2→2H2O
2 FCEV 整车集成的关键技术
FCEV是集汽车、电力拖动、自动控制、化学电源、计算机、新能源及新材料等诸多技术的复杂系统，对应整车系统的开发，包括的内容十分广泛，如：整车集成布置、车辆安全管理、能量管理策略的设计与优化、燃料供给、电堆温度管理及制动回馈等。
整车集成布置
燃料电池汽车的整车布置除去与传统汽车相同部分，还包括燃料电池堆与电机的布置，氢气罐的安全布置以及高压电安全隔离。这些核心部件的布置，不仅要考虑布置方案的优化及零部件性能实现的便利，还必须考虑氢泄漏等传统汽车所不具备的安全性问题。目前经过国内外样车试制，电池堆与电机主要采取前置方式；氢气罐布置更多考虑汽车碰撞安全性和车辆外形结构紧凑，多采用后置。
燃料电池发动机系统
一个燃料电池系统由燃料电池堆、热交换器及空气压缩机等子系统组成，如图3 所示。对燃料电池的基本要求是：
1）高的比能量和比功率；
2）安全性好且成本低；
3）对环境无危害，可回收性好。
燃料电池堆温度控制系统
燃料电池堆温度对燃料电池性能、寿命和运行安全有较大影响。温度高将使质子交换膜脱水，不满足膜的湿润条件，其电导率下降，电池性能变差。特别是温度过高或超温运行，膜会出现微孔，使得氢气进入空气系统，危及运行安全；温度过低则会降低催化剂活性，影响化学反应过程。温度控制系统是由温度传感器、散热风扇、水箱、电热丝和循环水泵等组成，如图4 所示。温度控制问题可以分为2 种情况：1）在高温情况下，电堆温度不能自然下降，此时，可以借助冷却风扇和循环水泵带走电堆的热量，从而降低电堆温度。由于电堆内部温度难以直接测量，所以实践中往往利用循环水的温度间接反映电堆内部的温度。调节风扇转速可以使冷却循环水的温度控制在合适范围。循环水从电堆中经过，通过传导带走电堆的热量，流经散热片，并通过外面的冷却风扇来降温。2）在低温情况下，虽然电堆持续发电会产生热量，但是在室温较低或者燃料电池轻载的情况下，在短时间内很难使温度达到
合适范围，这时可采用电热丝对循环水进行加热，电