《燃料电池汽车现状与发展趋势》毕业论文(4)

2019-06-11 09:47

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图2-8 i-blue的概念车

i-Blue概念车是现代公司设计的第一款完全运用了燃料电池技术的车型,是我们研发计划的一次巨大飞跃。

(3)本田FCX Clarity燃料电池电动车

本田独自研发的燃料电池电动车FCX Clarity(如图2-9所示),具有零下30度启动的低温启动功能,续航能力达到620km(日本10-15工矿)。FCX Clarity已在日本和美国市场进行租赁销售,是一款具有真正实用价值的终极环保车型。Honda正在为燃料电池电动车的普及,做着不懈的努力。

图2-9 本田FCX Clarity燃料电池电动车

FCX Clarity以Honda独创的燃料电池堆“V Flow FC Stack”技术为核心,实现了燃料电池电动车特有的未来感设计、划时代的整体封装布局、以及超凡的驾驭感受。不仅具备不排放CO2的终极清洁性,还赋予汽车独特的新价值和新魅力。

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FCX Clarity搭载Honda新开发的燃料电池堆“V Flow FC Stack”,采用Honda独创的氢气和空气竖直流动的“V Flow电池单元构成”,还采用使氢气和空气波状流动的“波状隔板”,和上一代相比,性能有了飞跃性提高,并实现了轻质和小型化。新型燃料电池堆的最高功率提升至100kW,与上一代燃料电池堆相比,体积功率密度提高50%,重量功率密度提高67%。低温启动性能提升至零下30摄氏度以上。

FCX Clarity采用的电动马达功率达100kW,与上一代相比,整体动力单元的重量功率密度提高1倍,体积功率密度提高1.2倍,实现了轻质小型化和高功率的高度统一。此外,节能性提高20%,续航里程提高30%。

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3 燃料电池汽车的现状分析

3.1 国外燃料电池汽车的现状

长期以来,世界各国政府和主要汽车集团都高度重视燃料电池汽车研发,投入大量资金用于燃料电池汽车及氢能研发、试验考核和市场培育。继在第六框架计划中拿出大量资金用于燃料电池汽车和氢能研究,2009年,欧盟批准燃料电池和氢能技术项目行动计划,计划从欧盟第七框架计划中拿出4.7亿欧元,持续资助燃料电池汽车及基础设施技术研发。德国政府高度重视燃料电池汽车及氢能研发,交通部、环境署、经济部等部门联合启动燃料电池及氢能国家创新计划,拟与企业联合资助14亿欧元,用与燃料电池汽车、氢能等关键技术研发,以确定德国在燃料电池汽车领域的国际领先地位和竞争力。以经产省为代表的日本政府高度重视并持续开展燃料电池汽车和氢能开发,在过去30年时间内先后投入上千亿日元用于燃料电池汽车和氢能的基础科学研究、技术攻关和示范推广。隶属于经产省的燃料电池商业化组织(FCCJ)先后与2009年7月和2010年7月发布了《燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图》,明确指出2011年-2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范,随后进入商业化示范推广前期。为落实燃料电池汽车在日本的推广,2011年1月,包括丰田、本田、尼桑三大汽车厂商在内的日本13家汽车和能源企业共同签订协议,决定在东京、大阪、名古屋和福冈四大都市圈的市区和高速公路上建立100座加氢站,并通过完善设计、改善生产技术等方法大幅降低燃料电池汽车生产成本,培育燃料电池汽车市场。美国政府对燃料电池汽车支持在布什任职期间达到顶峰,在奥巴马政府期间,美国能源部宣布从美国振兴计划(American Recovery and Reinvestment Act Funding)中拨款4190万美元支持燃料电池特种车的研发和示范,另在2011年美国财政预算中安排5000万美元用于燃料电池和氢能技术研发。此外,加拿大、韩国、澳大利亚、巴西、法国和英国等国家政府积极支持燃料电池汽车和氢能研发。2009年,戴姆勒、福特、通用、丰田、本田和现代汽车6个世界主要汽车公司签署备忘录,持续开展燃料电池汽车研发,计划于

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2015大力推广燃料电池汽车,并快速形成几十万辆燃料电池汽车保有量。

经过长时间、持续稳步的支持,国外燃料电池汽车产品的可靠性、环境适应性(如低温启动性能)取得了重大突破,示范运行不断深入,并陆续推出用于租赁商业化示范的先进燃料电池汽车,燃料电池汽车进入技术与市场示范阶段。产品成本控制与配套基础设施建设成为制约燃料电池汽车商业化推广主要因素。

3.1.1 美洲燃料电池汽车的现状

(1)美国燃料电池汽车现状

20世纪60年代和70年代,美国首先将燃料电池用于航天,作为航天飞机的主要电源。此后,美国等西方各国将燃料电池的研究转向民用发电和作为汽车、潜艇等的动力源。世界各著名汽车公司相继投入较多的人力和物力,开展燃料电池电动汽车的开发研究。在北美,各大汽车公司加入了美国政府支持的国际燃料电池联盟,各公司分别承担相应的任务,生产以新的燃料电池作动力的汽车。美国通用汽车公司在美国能源部的资助下,推出了以质子交换膜燃料电(PEMFC,也称为离子交换膜燃料电池或固体高聚合物电解质燃料电池)和蓄电池并用提供动力的轿车。美国福特汽车公司现已研制出从汽油中提取氢的新型燃料电池,其燃料效率比内燃机提高1倍,而产生的污染则只有内燃机的5%。

(2)加拿大燃料电池汽车现状

巴拉德(Ballard)汽车公司是PEMFC燃料电池技术领域中的世界先驱公司,自1983年以来,Ballard公司一直从事开发和制造燃料电池。1992年巴拉德公司在政府的支持下,为运输车研制了88kM的PEMFC动力系统,以PEMFC为动力做试验车进行演示。1993年巴拉德公司推出了世界上第一辆运用燃料电池的电动公共汽车样车,装备105kW级PEMFC燃料电池组,能载客20人,对于一般城市公共汽车,采用碳吸附系统储备气态氢气即可连续运行480km。目前,Ballard燃料电池的体积功率已达到1kW/L的目标。 3.1.2 欧洲燃料电池汽车的现状

(1)德国燃料电池汽车现状

德国奔驰公司和西门子公司合作于1996年推出了装有PEMFC的NECARll

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小客车。2009年,德国主要的汽车和能源公司就与政府联合启动了“H2Mobility Initiative”计划。按照计划,德国将在2015年建成1000个加氢站,开始实现燃料电池动力汽车的大规模商业化,到2020年将有100万辆电动车和50万辆燃料电池汽车投入使用。

(2)法国燃料电池汽车现状

开发出使用“运程”燃料电池的电动汽车“Fever”,它以低温储存的氢和空气作燃料,发电功率达20kW,电压为90V,且采用先进的电子控制系统对电力系统进行控制,并把制动时产生的能量储存在蓄电池里,以备汽车起动或加速时使用。

(3)英国燃料电池汽车现状

1992年成立了国家燃料电池开发中心。英国燃料电池技术的开发重点在燃料供应、重整炉、气体净化和空气压缩等方面。质子交换膜燃料电池的研究重点是改善催化材料的性能并探索铂(Pt)催化剂的涂覆方法,降低铂(Pt)含量,提高铂(Pt)利用率和耐受CO的允许值。 3.1.3 亚洲燃料电池汽车的现状

(1)日本燃料电池汽车现状

在日本燃料电池系统发展中丰田公司处于领先地位。丰田的目标是开发能量转换效率达到传统汽油机2.5倍的燃料电池,且能和现用的汽(柴)油汽车一样方便地添加燃料。日本还在1981年开发了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),随后又研制了磷酸燃料电池(PAFC),1992年又开发了比功率高、工作温度低、结构紧凑和安全可靠的质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

(2)韩国燃料电池汽车现状

韩国现代已经推出第三代燃料电池电动车ix35。ix35完全由氢燃料电池驱动,这款零排放SUV是在2010年由200多名设计师在韩国现代的燃料电池研发中心设计完成。

3.2 我国燃料电池汽车的现状

大力发展新能源汽车是应对全球能源短缺和环境污染的重大战略举措。在

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