项目六任务3 燃料电池的结构原理与应用.ppt

,学习任务4燃料电池的结构原理与应用,4,项目六用于电动汽车的其他动力源,【新能源汽车动力电池及能量管理技术】,主讲人李冰王登强,,目录,CONTENTS,01,学习目标,02,知识内容,03,课堂练习,学习目标,学习重点,,,学习重点,1.甲醇燃料电池的工作原理,学,习,重,点,2.氢燃料电池的工作原理,知识内容,1.燃料电池的构造,知识内容,2.甲醇燃料电池的工作原理,燃料电池基本原理相当于电解反应的可逆反应燃料及氧化剂在电池的阴极和阳极上借助催化剂的作用，电离成离子，离子能通过两电极间的电解质在电极间迁移，在阴极、阳极间形成电压,知识内容,3.氢燃料电池的工作原理,以氢-氧型燃料电池为例，其基本原理是氢氧反应产生的吉布斯自由能直接转化为电能。其化学反应原理为1氢气通入阳极，在催化剂作用下，一个氢分子分解为两个氢离子，并释放出两个电子2在电池另一端，氧气或空气到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路到达阴极。,知识内容,4.燃料电池的分类,1）按照工作温度燃料电池可分为低温型工作温度低于200℃中温型200750℃高温型高于750℃,知识内容,,2按照燃料的种类。燃料电池也可分为三类。第一类是直接式燃料电池，即燃料直接使用氢气；第二类是间接式燃料电池，其燃料通过某种方法把甲烷、甲醇或其他类化合物转变成氢气或富含氢的混合气后再供给燃料电池；第三类是再生燃料电池，是指把电池生成的水经适当方法分解成氢气和氧气，再重新输送给燃料电池。,4.燃料电池的分类,知识内容,3按电解质类型分类，可分为如下几类碱性燃料电池AFC磷酸燃料电池PAFC熔融碳酸盐燃料电池MCFC固体氧化物燃料电池SOFC质子交换膜燃料电池PEMFC,4.燃料电池的分类,知识内容,,不同类型的燃料电池特性对比,知识内容,质子交换膜燃料电池系统,组成质子交换膜燃料电池的基本单元是单体燃料电池，单体电化学电动势大约1V左右，其电流密度约为每平方厘米百毫安量级，必须通过单体电池的串联和并联形成具有一定功率的电池组，才能满足绝大多数用电负载的需求。此外还必须为系统配置氢燃料储存单元，空气氧化剂供给单元，电池组温度调节单元，功率变换单元及系统控制单元等。,4.燃料电池的分类,知识内容,电池组（燃料电池堆）气源（储氢和供氢系统）温度调节单元（排热）电压调整和功率变换单元系统控制单元,4.燃料电池的分类,1燃料电池组堆质子交换膜燃料电池的单体电池，其化学电动势为1.0-1.2V，负载时的输出端电压为0.6-0.8V。为满足负载的额定工作电压，必须将单体电池串联起来构成具有较高电压的电池组。由于受到材料如质子交换膜等及工艺水平的限制，目前，单体电池的输出电流密度约在300-600mA/cm2。因此，欲提高燃料电池的输出电流能力，只有将若干串联的电池组并联，组成具有较大输出能力的燃料电池堆。,4.燃料电池的分类,2燃料及氧化剂的储存与供给单元为使质子交换膜燃料电池实现连续稳定的运行发电，必须配置燃料H2及氧化剂O2或空气的储存与供给单元，以便不间断的向燃料电池提供电化学反应所需的氢和氧。燃料供给部分由储氢器及减压阀组成；氧化剂供给部分由储氧器、减压阀或空气泵组成。,4.燃料电池的分类,3燃料电池湿度与温度调节单元在质子交换膜燃料电池运行过程中，随着负载功率的变化，电池组内部的工况也要相应改变，以保持电池内部电化学反应的正常进行。对质子交换膜燃料电池运行影响最大的两个因素是电池内部的湿度与温度。因此，在电池系统中需要配置燃料电池湿度与温度调节单元，以便使质子交换膜燃料电池在负荷变化时仍工作在最佳工况下。,4.燃料电池的分类,（4）功率变换单元质子交换膜燃料电池所产生的电能为直流电，其输出电压受内阻的影响还随负荷的变化而改变。基于上述原因，为满足大多数负载对交流供电和电压稳定度的要求，在燃料电池系统的输出端需要配置功率变换单元。当负载需要交流供电时，应采用DC/AC变换器；当负载要求直流供电时，也用需要用DC/DC变换器实现燃料电池组输出电能的升压与稳压。,4.燃料电池的分类,5系统控制单元由上述四个功能单元的配置和工作要求可知，质子交换膜燃料电池系统是一个涉及电化学、流体力学、热力学、电工学及自动控制等多学科的复杂系统。质子交换膜燃料电池系统在运转过程中，需要调节与控制的物理量和参数非常多，难以手动完成。为使质子交换膜燃料电池系统长时间安全、稳定的发电，必须配置系统控制单元，以实现燃料电池组与各个功能单元的协调工作。,4.燃料电池的分类,燃料电池汽车的商业化示范运行在全球范围内蓬勃开展，主要目的在于进行技术检验和提高公众认知程度。最著名的包括美国加利福尼亚燃料电池伙伴计划、欧洲八国十城市洁净交通示范项目、日本的氢能燃料电池示范项目和联合国燃料电池公共汽车示范项目。,5.燃料电池的试验与应用,美国通用汽车氢动三号,2003年的氢动三号0－100km/h加速时间为16秒最高时速为160km/h输出功率达到94kW基于欧宝赛飞利底盘平台,5.燃料电池的试验与应用,美国通用汽车雪佛兰Equinox氢燃料电池汽车,通用汽车在美国、欧洲以及亚洲市场提供了超过100辆雪佛兰Equinox氢燃料电池车，供超过8万名来自纽约、华盛顿以及洛杉矶的志愿者进行日常测试，累积行驶里程已经超过100万英里。,5.燃料电池的试验与应用,我国上海大众领驭燃料电池轿车,5.燃料电池的试验与应用,我国福田欧V燃料电池城市客车,5.燃料电池的试验与应用,课堂练习,课堂练习,车用燃料电池有哪些优缺点,课堂练习,小结,小结,燃料电池，尤其是质子交换膜燃料电池由于兼具无污染、高效率、适用广、低噪声、可快速补充能量等特点，被公认为替代传统内燃机的最理想动力装置，是真正零排放的车用能源。,学习任务四已学习结束,累计星奖励,