燃料電池基本原理和電動汽車基礎第1頁，課件共26頁，創作于2023年2月第一部分燃料電池基本原理第2頁，課件共26頁，創作于2023年2月燃料電池定義燃料電池是一種能夠持續的通過發生在陽極和陰極的氧化還原反應將化學能轉化為電能的能量轉換裝置。燃料電池與常規電池的區別在于，它工作時需要連續不斷地向電池內輸入燃料和氧化劑，只要持續供應，燃料電池就會不斷提供電能。第3頁，課件共26頁，創作于2023年2月燃料電池特點由于燃料電池能將燃料的化學能直接轉換為電能，因此，它沒有像普通火力發電廠那樣的通過鍋爐、汽輪機、發電機的能量形態變化，可避免過程中轉換損失，達到市制發電效率。第4頁，課件共26頁，創作于2023年2月燃料電池優點1）由于輸出功率單位由堆的輸出功率定，故機組容量具有自由度；部分負荷時也能保持高的效率；2）通過與燃料供給裝置的組合，可適用范圍的燃料；3）

沒有尺寸效應，很小的燃料電池仍具有和大尺寸相仿的效率；第5頁，課件共26頁，創作于2023年2月燃料電池優點4)轉換效率高，可達60%；5)沒有運轉部件，噪音小；

6)NOx及SOx等的排出量少，有利環保,若以氫為燃料，排放是水，電池部分可實現“零排放”．第6頁，課件共26頁，創作于2023年2月燃料電池分類根據工作溫度可分為:低溫型、中溫型和高溫型三種。根據電解質的種類可分為：堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、聚合物離子膜燃料電池(PEMFC)。第7頁，課件共26頁，創作于2023年2月燃料電池原理燃料電池由陽極、陰極和離子導電的電解質構成，其工作原理與普通電化學電池類似，燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽極通過負載流向陰極構成電回路，產生電流。燃料氧化劑陽極陰極電解質導電離子第8頁，課件共26頁，創作于2023年2月各種燃料電池的工作原理堿性燃料電池聚合物離子膜燃料電池磷酸燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池固體氧化物燃料電池直接甲醇燃料電池

第9頁，課件共26頁，創作于2023年2月第二部分燃料電池汽車基礎第10頁，課件共26頁，創作于2023年2月開發燃料電池汽車的必要性!!

依賴石油，

中國人將不可能實現普及汽車的夢想!!!（能源和環境兩方面）第11頁，課件共26頁，創作于2023年2月能源問題

十幾二十年之后，我國汽車的普及率完全可能接近發達國家的水平。如果按歐洲的一半，即每千人300輛計算，總保有量就是4.5億輛。按每輛汽車年消耗燃油1噸計（目前歐洲的水平1.5噸，日本1噸，中國2.2噸），4.5億輛車需要4.5噸燃油。有關專家預測，2020年國內的石油年產量可達到1.8億噸，如進口2.7億噸，共計4.5億噸。如其中2/3給汽車用，煉成燃油約2億噸。汽車燃油存在2億噸以上巨大缺口。第12頁，課件共26頁，創作于2023年2月發展電動汽車是降低石油依賴、保障國家能源安全的戰略措施我國汽車保有量將快速增長車用汽柴油需求不斷增大,石油供應安全面臨嚴峻挑戰

年份汽油消耗量柴油消耗量燃油總消耗量201078448133159772012908793341842120151080111277220792020153921514630538我國未來車用燃油消耗量預測（單位：萬噸）我國未來石油進口依存度預測（單位：億噸）我國未來汽車保有量預測（單位：萬輛）第13頁，課件共26頁，創作于2023年2月世界石油平均價格（FOB）歐美日汽車二氧化碳排放限值2009年9月胡錦濤主席在聯合國氣候變化峰會上承諾，中國5年減排15億噸CO2。發達國家汽車行業CO2排放量約占總排放量25%左右。我國在售轎車百公里油耗平均8.06升，相當汽車每公里二氧化碳排放量為161.2g。汽車工業發展也面臨二氧化碳排放的巨大壓力第14頁，課件共26頁，創作于2023年2月機動車與大氣污染我國城市環境污染治理仍然嚴峻。２００６年全國監測的５５９個城市中，空氣質量達到三級標準的城市占２８．５％、劣于三級標準的城市占９．１％。全國共有39個城市的空氣質量低于三級。有數據表明，機動車排放越來越成為城市的主要大氣污染源。第15頁，課件共26頁，創作于2023年2月2007年國際能源機構的一項調查結果表明，美國、中國、俄羅斯和日本的二氧化碳排放量幾乎占全球總量的一半。調查表明，美國二氧化碳排放量居世界首位，年人均二氧化碳排放量約20噸，總量占全球的23.7%。中國年人均二氧化碳排放量為2.51噸，總量約占全球的13.6%。中國面臨越來越大的CO2減排壓力。

第16頁，課件共26頁，創作于2023年2月100%內燃機驅動100%電驅動微混合動力純電動與混合動力雙模式純內燃機汽車純電動汽車輕度混合動力重度混合動力中度混合動力增程式電動汽車從純內燃機汽車到純電動汽車氫燃料電池汽車第17頁，課件共26頁，創作于2023年2月混合動力汽車的節能原理停車停機：在交通擁堵的城市，停車怠速時間超過總行駛時間的30%以上；制動能量回收：在頻繁加減速的城市行駛工況下，制動消耗的能量會占到車輛行駛能量消耗的50%；減小發動機排量：傳統汽車為滿足加速性和最大車速要求，內燃機的峰值功率約為車輛巡航所需功率的3-5倍；優化發動機：傳統汽車內燃機必須滿足很大的速度和負載范圍的油耗與排放要求（如乘用車15工況標準）。第18頁，課件共26頁，創作于2023年2月混合動力汽車的主要類型(1)微混合，也稱“啟停（Start-Stop)”式;在交通擁堵的城市，可實現節油率5-10%;優點是汽車結構改變很小，成本增加很少，易于實現；主要缺點是：當停車需要空調時，不起作用；奇瑞公司的“啟停式”轎車已投放市場。第19頁，課件共26頁，創作于2023年2月混合動力汽車的主要類型(2)輕混合，平時主要使用內燃機動力，電池電機在汽車加速爬坡時提供輔助動力，同時具有制動能量回收和“啟停”功能；發動機排量可減少10-20%，電機的功率約為內燃機的10%，節油率可達到10-15%；技術難度相對小，成本增加不很多；長安公司的ISG電機混合動力汽車將投放市場。第20頁，課件共26頁，創作于2023年2月混合動力汽車的主要類型(3)重混合，電機和內燃機可以獨立或聯合驅動車輛，低速起步、倒車和低速行駛時可以純電動驅動，同時具有制動能量回收和“啟停”功能；電機的功率約為內燃機的50%，節油率可達到30-50%；技術難度較大，成本增加多；典型的例子是豐田的Pruis。第21頁，課件共26頁，創作于2023年2月混合動力汽車的主要類型(4)可充電混合動力（Plug-in），可以利用電網的電力進行充電，實現較長距離的純電動行駛，同時具有制動能量回收功能；電機的功率接近內燃機，電池容量考慮純電動行駛里程來選定，節油率（不計電能）最大可達到100%；成本增加，與增加的動力電池容量相關；普遍認為是未來混合動力汽車的主要方向；比亞迪公司開發的“雙模式”混合動力轎車已經少量下線。第22頁，課件共26頁，創作于2023年2月電動汽車關鍵零部件—

電機自主開發的永磁無刷電機、交流異步電機和開關磁阻電機實現了整車小批量配套能力轎車用永磁電機比功率超過1300w/kg，電機系統最高效率達93％以上，功率覆蓋200kW以下民用電動車輛范圍90kW車用永磁驅動電機技術指標接近國際先進水平：系統功率密度≥1.36kW/kg、電機峰值效率≥97%、高效區（系統效率≥80%）≥70%第23頁，課件共26頁，創作于2023年2月電動汽車關鍵零部件—

燃料電池燃料電池可靠性、壽命等方面取得較大進展，經受住奧運示范等一系列國際示范應用活動的考驗

低壓燃料電池電堆動態壽命提升燃料電池發動機輸出功率大幅提升整機運行的可靠性、耐久性和低溫啟動性能，以及環境適應性有較大提高我國已成為世界上少數幾個掌握車用百千瓦級燃料電池發動機研發、制造以及測試技術的國家之一第24頁，課件共26頁，創作于2023年2月我國發展電動汽車的有利條件和比較優勢

巨大的多元化市場鋰離子動力電池價格為3-4元/Wh，遠低于歐美日（約14元/Wh）稀土永磁電機價格約為目前國際價格的60%15324政策向好，體制優勢電力盈余，削峰填谷產業雄厚，資源豐富市場需求巨大，成本優勢明顯設施后發優勢，運營模式靈活電動汽車發展的宏觀政策導向基本形成集中力量辦大事的社會主義經濟體制僅通過提高現有火電裝機的利用小時數即可滿足30年推算供給。充電過程諧波可解決，還可對電網起到“削峰填谷”作用電動自行車、摩托車產業迅猛發展，保有量超過5000萬輛，世界最大生產國。鋰資源儲量380多萬噸，世界第二位稀土資源儲量6588萬噸，世界最大的輕型電動車生產國和市場城市化建設發展空間巨大多種靈活的充電運行模式消費者調查結果：在3400名被訪的普通消費者中接近70%的人可以接受最高車速60-80km/h、