第五章燃料电池电动汽车
学习目标
1.掌握燃料电池的类型及特点，并了解其工作原理。
2.掌握燃料电池电动汽车的类型及结构。
3.了解燃料电池电动汽车的产业发展状况。
4.了解燃料电池电动汽车的典型车型。
第一节燃料电池电动汽车的类型与基本结构
一、燃料电池类型及其性能分析
燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置、燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。
1．质子交换膜燃料电池
质子交换膜燃料电池单体主要由膜电极（阳极、阴极）、质子交换膜和集流板组成。
2．碱性燃料电池
碱性燃料电池的电解质为碱性的氢氧化钾（KOH），故称为碱性燃料电池。
3．磷酸燃料电池
磷酸燃料电池是以磷酸为电解质，故称为磷酸燃料电池。
4．熔融碳酸盐燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）通常采用含锂和钾的碳酸盐为电解质，阴极为镍的氧化物，阳极为镍合金，正常工作温度为650oC。
5．固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池的电解质是固体氧化物，催化剂和电池的结构材料，也都是固体氧化物。故称为固体氧化物燃料电池。
二、燃料电池电动汽车的类型与其结构
燃料电池汽车定义：燃料电池电动汽车（FCEV）是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。
1．燃料电池单独驱动FCEV
该结构只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。
图5-6纯燃料电池驱动的FCEV
2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
该结构为一典型的串联式混合动力结构。
图5-7燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
3．燃料电池与超级电容联合驱动FCEV
这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似，只是把蓄电池换成超级电容。
图5-8燃料电池与超级电容联合驱动
4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动的FCEV 燃料电池与蓄电池和超级电容联合驱动的电动汽车的动力系统结构也为串联式混合动力结构。
图5-9燃料电池+蓄电池+超级电容形式动力系统结构图
三、燃料电池电动汽车的关键技术
1．燃料电池系统
燃料电池是燃料电池汽车发展的最关键技术之一。燃料电池技术发展趋势可用耐久性、低温启动温度、净输出比功率以及制造成本四个要素来评判。
2．车载储氢系统
储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键。
3．车载蓄电系统
车载蓄电系统包括铅酸电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等蓄电池及电化学超级电容器。
4．电机及其控制技术
驱动电机是燃料电池电动汽车的心脏，它正向着大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。
5．整车布置
燃料电池汽车在整车布置上存在以下关键问题：
●燃料电池发动机及电机的相关布置
●动力电池组的车身布置、氢气瓶的安全布置
●高压电安全系统的车身布置问题。
6．能源动力系统的能量管理策略
能量管理策略对燃料经济性影响很大，且受到动力系统参数和行驶工况的双重影响。
按照是否考虑这些变量的历史状态，可以把功率分配策略分为瞬时与非瞬时策略两大类。
四、燃料电池汽车的优势及其问题
1.燃料电池汽车的独特优势
1）清洁无污染。
2）燃料补充方便，快捷，续航力远超普通纯电动汽车。
3）效能高。
4）动力性能优异。
2.燃料电池汽车的存在的问题
一是性能与成本的问题；二是燃料供应与基础设施问题。
第二节燃料电池汽车的产业发展状况
一、国际燃料电池汽车产业状况
1．美国燃料电池汽车产业状况
美国是新能源交通领域的领先发展者，从20世纪70年代制定《空气清洁法案》开始关注汽车燃油的清洁性，在2002年开始关注氢燃料电池汽车，发布《自由汽车计划》。2．日本燃料电池汽车产业状况
日本自1974年开始实施《新能源开发计划（阳光计划）》以来，就已经将燃料电池技术定为国家战略。自20世纪90年代之后，日本的燃料电池技术高度发达2006年，日本制定了燃料电池汽车发展计划，明确了燃料电池汽车商业化发展阶段和目标，确定2015年开始燃料电池汽车商业化运行。3．欧盟燃料电池汽车产业状况
欧盟于2003年成立了“氢能与燃料电池技术平台”（HFP）。基于此平台近6年所取得的成就和达成的共识，2008年，欧洲委员会、欧洲工业团体和欧洲科研团体组成“燃料电池与氢能联合执行体”，共同实施“燃料电池与氨能技术联合行动计划”
电动汽车用锂离子动力电池包和系统测试规程 1 范围 本标准规定了电动汽车用锂离子动力电池包和系统基本性能、可靠性和安全性的测试方法。 本标准适用于高功率驱动用电动汽车锂离子动力电池包和电池系统。 2 规范性引用文件（其中的一部分） 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 2423.4-2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Db 交变湿热（12h＋12h循环）（IEC 60068-2-30:2005,IDT） GB/T 2423.43-2008 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法振动、冲击和类似动力学试验样品的安装(IEC 60068-2-47:2005,IDT) GB/T 2423.56-2006 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fh：宽带随机振动（数字控制）和导则(IEC 60068-2-64:1993,IDT) GB/T 18384.1-2001 电动汽车安全要求第1部分:车载储能装置（ISO/DIS 6469-1:2000,EQV）GB/T 18384.3-2001 电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护（ISO/DIS 6469-3:2000,EQV）GB/T 19596-2004 电动汽车术语（ISO 8713:2002,NEQ） GB/T xxxx.1- xxxx 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第1部分:一般规定(Road vehicles - Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment Part 1: General,MOD) GB/T xxxx.3- xxxx 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷(Road vehicles - Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment Part 3: Mechanical loads,MOD) GB/T xxxx.4- xxxx 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第4部分：气候负荷(Road vehicles - Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment Part 4: Climatic loads,MOD) 3 术语和定义 3.1 蓄电池电子部件 采集或者同时监测蓄电池单体或模块的电和热数据的电子装置，必要时可以包括用于蓄电池单体均衡的电子部件。 注：蓄电池电子部件可以包括单体控制器。单体电池间的均衡可以由蓄电池电子部件控制，或者通过蓄电池控制单元控制。 3.2 蓄电池控制单元 battery control unit （BCU） 控制、管理、检测或计算电池系统的电和热相关的参数，并提供电池系统和其他车辆控制器通讯的电子装置。
电动汽车电池包研究报告 随着国家对新能源汽车的扶持和推广力度不断加大，行业规范也越来越完善，一些不符合要求的电池pack厂也逐渐被淘汰。未来要想在新能源汽车领域有所斩获，必须了解并适应国家对此行业的发展规划和发展方向。 根据国家对《锂离子电池行业规范条件》。首先是电池pack要进行公告申报，只有通过公告的电动汽车电池厂家，才能够进行电池的生产。 一、必要性 1、是对工厂的产能及实力的要求，《规范条件》对企业产能提出了量化的要求，锂离子动力蓄电池单体企业年产能力不得低于2亿瓦时，金属氢化物镍动力蓄电池单体企业年产能力不得低于1千万瓦时，超级电容器单体企业年产能力不得低于5百万瓦时。系统企业年产能力不得低于10000套或2亿瓦时。生产多种类型的动力蓄电池单体企业、系统企业，其年产能力需分别满足上述要求。 2、为推动企业的技术进步，《规范条件》对企业研发机构、人员、设计规范文件体系和具体的设计研发能力提出了要求，企业应建立产品设计研发机构，应配备占企业员工总数比例不得少于10%或总数不得少于100人的研究开发人员，应建立与汽车研发相适应的产品设计开发流程和技术管理体系，建立汽车动力蓄电池产品设计规范，建立产品开发信息数据库。 3、为保证企业产品的安全性和一致性，《规范条件》对企业产品和质量保证能力提出了要求，企业应通过IATF：16949质量体系认证，应建立从原材料、部件到成品出厂完整的检验和可追溯体系。 4、为推动新能源汽车市场的形成和发展，对动力蓄电池产品提供质量保证等售后服务，《规范条件》要求企业应建立完善的售后服务体系，会同汽车整车企业研究制定可操作的废旧动力蓄电池回收处理、再利用的方案。 而根据2017-3-1日，工业和信息化部发展改革委科技部财政部关于印发《促进汽车动力电池产业发展行动方案》的通知， 1、产品性能大幅提升。到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤；系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下，使用环境达-30℃到55℃，可具备3C充电能力。到2025年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500瓦时/公斤。 2、鼓励动力电池龙头企业协同上下游优势资源，集中力量突破材料及零部件、电池单体和系统关键技术，大幅度提升动力电池产品性能和安全性，力争实现单体350瓦时/公斤、系统260瓦时/公斤的新型锂离子产品产业化和整车应用。 第二、是对产品的要求，工信部于2017年1月6日发布《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》，自2017年7月1日起施行。通过审查的新能源汽车生产企业及产品，由工信部通过《道路机动车辆生产企业及产品公告》（以下简称《公告》）发布。根据准入新规，申请准入的新能源汽车产品，应符合《新能源汽车产品专项检验项目及依据标准》。
特斯拉电动汽车动力电池管理系统解析 1. Tesla目前推出了两款电动汽车，Roadster和Model S，目前我收集到的Roadster 的资料较多，因此本回答重点分析的是Roadster的电池管理系统。 2. 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。我的主要研究方向是电池的热管理系统，因此本回答分析的是电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS). 1. 热管理系统的重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。 2. Tesla Roadster的电池热管理系统 Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组（brick），再将9组串联为一层（sheet），最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。
新能源汽车核心技术详解：电池包和BMS、VCU、 MCU 电子创新网| 2001-15-20 11:54 2014年国内新能源汽车产销突破8万辆，发展态势喜人。为了使新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术，笔者结合研发过程中的经验总结，从新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行了分析。 1 新能源汽车分类 在新能源汽车分类中，“弱混、强混”与“串联、并联”不同分类方法令非业内人士感到困惑，其实这些名称是从不同角度给出的解释、并不矛盾。 1.1消费者角度 消费者角度通常按照混合度进行划分，可分为起停、弱混、中混、强混、插电和纯电动，节油效果和成本增等指标加如表1所示。表中“-”表示无此功能或较弱、“+”个数越多表示效果越好，从表中可以看出随着节油效果改善、成本增加也较多。 1.2技术角度
图1 技术角度分类 技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合动力，具体如图1所示。其中P0表示BSG(Belt starter generator，带传动启停装置)系统，P1代表ISG(Integrated starter generator，启动机和发电机一体化装置)系统、电机处于发动机和离合器之间，P2中电机处于离合器和变速器输入端之间，P3表示电机处于变速器输出端或布置于后轴，P03表示P0和P3的组合。从统计表中可以看出，各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用，相对来说P2在欧洲比较流行，行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位，P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德和标致3008均已实现量产。新能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加，例如由通用、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统，尽管节油效果较好，但由于结构复杂且成本较高，近十年间的市场表现不尽如人意。 2 新能源汽车模块规划 尽管新能源汽车分类复杂，但其中共用的模块较多，在开发过程中可采用模块化方法，共享平台、提高开发速度。总体上讲，整个新能源汽车可分为三级模块体系、如图2所示，一级模块主要是指执行系统，包括充电设备、电动附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机和齿轮箱。二级模块分为执行系统和控制系统两部分，执行部分包括充电设备的地面充电机、集电器和车载充电机，储能系统的单体、电箱和PACK，发动机部分的气体机、汽油机和柴油机，发电机的永磁同步和交流异步，离合器中的干式和湿式，驱动电机的永磁同步和交流异步，齿轮箱部分的有级式自动变速器(包括AMT、AT和DCT等)、行星排和减速齿轮；二级模块的控制系统包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU和VCU，分别表示电池管理系统、发动机电子控制单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统和整车控制
新能源汽车核心技术详解：电池包和BMS、VCU、MCU 导读：为了使新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术，北汽福田新能源系统开发部部长杨伟斌结合研发过程中的经验总结，从新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行了分析。 2014年国内新能源汽车产销突破8万辆，发展态势喜人。为了使新能源爱好者和初级研发人员更好地了解新能源汽车的核心技术，笔者结合研发过程中的经验总结，从新能源汽车分类、模块规划、电控技术和充电设施等方面进行了分析。 1 新能源汽车分类 在新能源汽车分类中，“弱混、强混”与“串联、并联”不同分类方法令非业内人士感到困惑，其实这些名称是从不同角度给出的解释、并不矛盾。 1.1消费者角度 消费者角度通常按照混合度进行划分，可分为起停、弱混、中混、强混、插电和纯电动，节油效果和成本增等指标加如表1所示。表中“-”表示无此功能或较弱、“+”个数越多表示效果越好，从表中可以看出随着节油效果改善、成本增加也较多。 表1 消费者角度分类 1.2技术角度
图1 技术角度分类 技术角度由简到繁分为纯电动、串联混合动力、并联混合动力及混联混合动力，具体如图1所示。其中P0表示BSG(Belt starter generator，带传动启停装置)系统，P1代表ISG(Integrated starter generator，启动机和发电机一体化装置)系统、电机处于发动机和离合器之间，P2中电机处于离合器和变速器输入端之间，P3表示电机处于变速器输出端或布置于后轴，P03表示P0和P3的组合。从统计表中可以看出，各种结构在国内外乘用或商用车中均得到广泛应用，相对来说P2在欧洲比较流行，行星排结构在日系和美系车辆中占主导地位，P03等组合结构在四驱车辆中应用较为普遍、欧蓝德和标致3008均已实现量产。新能源车型选择应综合考虑结构复杂性、节油效果和成本增加，例如由通用、克莱斯勒和宝马联合开发的三行星排双模系统，尽管节油效果较好，但由于结构复杂且成本较高，近十年间的市场表现不尽如人意。 2 新能源汽车模块规划 尽管新能源汽车分类复杂，但其中共用的模块较多，在开发过程中可采用模块化方法，共享平台、提高开发速度。总体上讲，整个新能源汽车可分为三级模块体系、如图2所示，一级模块主要是指执行系统，包括充电设备、电动附件、储能系统、发动机、发电机、离合器、驱动电机和齿轮箱。二级模块分为执行系统和控制系统两部分，执行部分包括充电设备的地面充电机、集电器和车载充电机，储能系统的单体、电箱和PACK，发动机部分的气体机、汽油机和柴油机，发电机的永磁同步和交流异步，离合器中的干式和湿式，驱动电机的永磁同步和交流异步，齿轮箱部分的有级式自动变速器(包括AMT、AT和DCT等)、行星排和减速齿轮；二级模块的控制系统包括BMS、ECU、GCU、CCU、MCU、TCU和VCU，分别表示电池管理系统、发动机电子控制单元、发电机控制器、离合器控制单元、电机控制器、变速器控制系统和整车控制
燃料电池汽车市场可行性分析报告 （长安大学信息工程学院2004级高继） 燃料电池是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能，等温地按电化学原理转化为电能的能量转换装置。燃料电池是由含催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成。燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电能而驱动负载工作。燃料电池与常规电池不同在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂通过电化学反应生成水，并释放出电能；只要保持燃料供应，电池就会不断工作提供电能。 燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说，燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能，电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。 直接供氢的FCEV推广普及的关键是纯氢的供应和储存。为了保证直接供氢的FCEV用氢的需要，必须建造氢站，这就增大了直接供氢的FCEV商品化和推广普及的难度，因此，世界上各大汽车公司纷纷推出了通过燃料重整反应制取氢气的技术，可使用多种碳氢燃料，包括醇类燃料、天然气等。目前，通过重整反应利用甲醇制取氢气的技术已十分成熟，甲醇为液体燃料，携带方便，提高了燃料电池电动汽车的续驶里程，且燃料能量的利用率可达70%-90%，大大高于热力发动机的效率。 福特汽车公司的21世纪绿色汽车的开发计划中，FCEV作为开发研究重点，其推出的P2000HFC试验车即为直接供氢的FCEV，福特公司也有利用甲醇进行改质产生氢气的技术。目前，福特公司与石油公司摩比尔一起开发更具实际意义的车载汽油改质氢燃料电池车(FCEV)。从基础设施建设和社会使用环境上看，汽油改质型比甲醇改质型更为有利。新开发的汽油改质器与以往的相比，质量和体积都缩减了30%左右，从而提供了车载性，实现了与汽油相媲美的包装效率，对汽油改质氢FCEV的早日实用化及FCEV的普及推广具有重要意义。 由于它不经历热机过程，不受热力循环限制，故能量转换效率高，燃料电池的化学能转换效率在理论上可达100％，实际效率已达60％~80％，是普通内燃机热效率的2—3倍。现在应用于电动汽车中的燃料电池是一种被称为质于交换膜燃料电池(PEMFC)，它以纯氢为燃料，以空气成龙为氧化剂。在1993年加拿大温哥华科技展览会上，加拿大的BALLABC公司推出了世界上第一辆以PEMFC电池为动力的电动公共汽车。载客20人，可行驶160km/h，最高速度72.2km／h。德国奔驰汽车公司也研制了以PEMFC电池为动力的电动汽车。生成物是水，不污染环境，缺点是造价太高，目前仅燃料电池的价格就要25000美元。 一、美国对燃料电池汽车的优惠政策 1999年10月克林顿总统签署清洁空气法，严格规定了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在加州销售的车辆中百分之二必须是零排放车辆。2001年8月2日，美国议院代表批准了2001年美国未来能源保证法案。这项立法的目的是使美国到2012年后对外国能源的依赖由56% 降到45%,从伊拉克进口的石油由700,000桶/天减
纯电动汽车动力电池包结构静力分析及优化设计 摘要：动力电池包作为纯电动汽车的唯一动力源，承受着电池组等模块的质量，因此其强度、刚度必须满足使用要求才可以保证行驶的安全性。在建立其有限元模型的基础上，分析了电池包结构在弯曲工况、紧急制动工况、高速转弯工况、垂直极限工况以及扭转工况下的强度、刚度。分析结果显示，在垂直极限工况下，电池包底板的受力情况最为恶劣，因此对原有模型做出了改进，改变底板加强筋的布置形式。经过相同工况的模拟，发现在力学性能提升的基础上，整体质量得以减轻，实现了轻量化的目标。 关键词：动力电池包有限元法静力分析优化设计 Abstract：As the only power source of pure electrical vehicle，the power battery pack bears the weight of several models such as the battery model. To ensure the safety,the pack’s strength and stiffness must meet the fundamental requirements. This paper mainly analyzed the strength and stiffness under different working conditons on the base of a finite element model. The rsult shows that and the corresponding stress and deformation graphs are obtained.The structure of the battery pack is improved after analyzing the causes of the stress concentration.Also, the performance of the new model is compared with the original one.The results show that the weight of the structure is reduced while the performance of the structure is improved, and the lightweight of the vehicle is realized. Keywords:power battery pack finite element method static structural analysis optimal design
燃料电池电动汽车发展现状与前景 随着社会的进步和人员移动性增强，全球汽车需求 量快速增长，迄今世界上的汽车保有量达到创纪录的10 亿 辆以上且还在不断大幅增长，使得基于传统的内燃机 Internal Combustion Engine ，ICE )汽车的轻量化与节能减排等技术进步难以降低汽车燃料的消耗和减少污染物的排放。2020 年之前温室气体(Greenhouse Gas ，GHG) 排放在1990 年水平基础上下降20% 的任务日益艰巨。如果再不采取有效措施，公路交通运输车辆的GHG 温室气体排放将会持续不断增长。通过研讨纯电动汽车( Battery Electric Vehicle ，BEV ）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle HEV )、或燃料电池电动汽车( Fuel Cell Vehicles ，FCVs ； Fuel Cell Electric Vehicles ，FCEVs ）等多种类型的电动汽车( Electric Vehicle ，EV )技术[3-5]有望明确实现节能减排 的理想途径。自1966 年通用汽车推出了世界上第1 款燃料电池电动汽车GMC Electrovan ，尤其是本田在1999 年推出了世界上第1 台商用的燃料电池电动汽车FCX-V4 以来，世界上EV 电动汽车型号不断丰富和租赁销售量明显增长，太、北美和欧洲成长为全球EV 电动汽车重要的新车研发制造和租赁销售市场，2014 年全世界的EV 电动汽车销售量达到34.6 万辆以上，年增长率达到86% 。
燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来 得到国内外高度重视，成为最被看好的可用于替代汽油和柴 油等传统的 ICE 内燃机发动机技术的先进新能源汽车技术。 日本政府希望其到 2020 年的 FCVs 燃料电池汽车销量达到 500 万辆，再通过 10 年的研发推广实现全面普及 FCVs 燃 料电池汽车。 美国政府在 2003 年投入 12 亿美元大力推进氢 技术和燃料电池技术，其中重要项目之一就是美国能源部 Department of Energy ， DOE ）在北加州、南加州、密歇 展的氢技术和基础实施验证与示范综合工程，吸引了 Hyundai-Kia/Chevron 、 DaimlerChrysler/BP 、 Ford/BP 和 GM/Shell 等多家汽车制造 /能源供应商参与。 美国能源部大力推进氢经济和燃料电池技术，尤其是商 业化推广应用方面取得显著进展，比如目前高容量和低容量 燃料电池制造成本分别为 55 美元 /kW 和 280 美元 /kW[6] ， 汽车燃料电池 2014 年的制造成本自 2006 年下降 50% 并自 2008 年以来进一步下降 30% 以上（基于高容量电池制造） 这必将带动创造工作岗位、投资机会和可持续、安全的能源 供应。为了在 2020 年前争取把欧盟建立成一个具有全球领 先水平的燃料电池 （Fuel Cell ，FC ）系统和氢能源 （Hydrogen Energy ，HE ） 经济的巨大市场，欧盟高度重视燃料电池技术 和氢能源技术并把之视作能源领域的战略高新技术大力推 根州东南部、大西洋区中部和佛罗里达州中部等 5 个区域开 f It 步
电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统测 试规程 电动汽车用锂离子动力电池包和系统测试规程 1范围 本标准规定了电动汽车用锂离子动力电池包和系统基本性能、可靠性和安全性的测试方法。 本标准适用于高功率驱动用电动汽车锂离子动力电池包和电池系统。 2规范性引用文件（其中的一部分） 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 2423.4-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Db交变湿热（12h+ 12h循环）（IEC 60068-2- 30:2005,IDT ）
GB/T 2423.43-2008电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法振动、冲击和类似动力学试验样品的安装（IEC 60068-2-47:2005,IDT） GB/T 2423.56-2006电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验Fh:宽带随机振动（数字控制）和导则（IEC 60068-2-64:1993,IDT） GB/T 18384.1-2001电动汽车安全要求第1部分: 车载储能装置(ISO/DIS 6469-1:2000,EQV ) GB/T 18384.3-2001电动汽车安全要求第3部分: 人员触电防护(ISO/DIS 6469-3:2000,EQV ) GB/T 19596-2004 电动汽车术语 (ISO 8713:2002,NEQ) GB/T xxxx.1- xxxx 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第1部分：一般规定(Road vehicles - En vir onmen tal con diti ons and testi ng for electrical and electronic equipment Part 1: Gen eral,MOD) GB/T xxxx.3- xxxx 道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷(Road vehicles - En vir onmen tal con diti ons and testi ng for electrical and electronic equipment Part 3: Mecha ni cal loads,MOD) GB/T xxxx.4- xxxx 道路车辆电气及电子设备的环境条
万方数据
?电动汽车电池包散热加热设计? 被动冷却／加热电池包。尽管空气是经过汽车空调（交流）或供暖系统冷却和加热的，但它仍然被 认为是一种被动系统（如图２）。运用这种被动系统，环境空气必须在一定温度范围（１０℃～３５℃）中才能正常进行热管理，在环境极冷或极热条件 下运行电池包可能会产生更大的不均匀。相关实 验也证明被动系统中，由于引入环境空气的温度不一致性，冷却加热电池包会导致电池包更大的不均匀性。 下面为空冷和液冷主被动系统示意图。 ?６? 图Ｉ被动冷却一外部空气流通 图２被动加热和冷却一内部空气流通 图３主动加热和冷却一外部和内部空气流通 图４被动冷却一液体循环 图５主动冷却／加热一液体循环 图６主动冷却／加热一液体循环 １．２散热系统 根据传热学理论，固体与气体，固体与液体接 触产生传热现象。气体的对流换热系数远远没有 液体的对流换热系数大，液体和固体接触对流换热能力更强。传热系数越大所交换的热量越多，换 热效果就越明显，因此要选择合适的传热介质。各 种传热现象的传热系数范围如表ｌ所示。 表Ｉ表面传热系数的一般范围 对流换热问题的类型 ｈ／［ｗ／（ｍ２ｋ）】 自然对流换热：气体 ２．２５液体 ５０．１０００强迫对流换热：气体 ２５．２５０液体 ５０．２５０００相变对流换热：沸腾 ２０００．５００００凝结 ２０００．１０００００ 使用液体作为传热介质，需要考虑导电性，安全性，还有密封性，以及以后的维修方便性，还要考虑到电池包整体的重量。相变材料（例如液 体石蜡）的传热蓄热能力最强，且在达到相变温 度时可以大量吸热或放热而不升温降温。通过选用合适的相变材料能够使电池单体有效地达到热平衡，很好地控制电池温度上下限，避免产生温度过高过低现象。但是考虑到材料的研发、制造成本等问题，目前最有效且最常用的还是采用空气作为散热介质。 目前多采用的空冷主要有并行和串行两种通风方式，如图７～图８所示。这就要求在电池包结构上设计相应导风口，尽量减小空气流动阻 力，保证气流的均匀性。 图７串行通风 图８并行通风 ．—（蜷）２０ １ ０．Ｎｏ．１． 万方数据
1电动汽车的三种常见锂电池 目前电动汽车的锂电池最主要有三种，依次为：磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和三元材料电池 1.1.1 磷酸铁锂电池： 磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，主要用作动力电池，而且它的放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达到90%以上，而铅酸电池大约为80%。在电池中，磷酸铁锂电池的安全性也高于其他的电池，理论寿命可以达到7~8年，实际使用寿命大约为3~5年，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。下面再来说说它的缺点，磷酸铁锂电池的价格高于其他类型的电池，而且，电池容量较小，续行里程短，而且报废后基本上不能回收再利用，没有可回收价值。综上所述，磷酸锂铁电池在电动汽车上的应用，会使整体的成本提升，而且电池不可回收利用，这样会造成资源的浪费和消耗。 1.2 钴酸锂电池：TESLA的专属电池 TESLA电动车的电池采用了松下提供的NCA系列（镍钴铝体系）18650钴酸锂电池，单颗电池容量为3100毫安时。TESLA采用了电池组的战略，85kWh的MODEL S的电池单元一共运用了8142个18650锂电池，工程师首先将这些电池以砖、片逐一平均分配最终组成一整个电池包，电池包位于车身底板。 钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高，主要用于中小型号电芯，标称电压3.7V。TESLA把这样的电池组合到一起，安全性就成了一个很需要关注的问题，TESLA的工程师在电池包内的保险装置分布到每一节18650钴酸锂电池，每一节18650钴酸锂电池两端均设有保险丝，当电池出现过热或电流过大时，保险丝会切断，以此避免因某个电池出现异常情况（过热或电流过大）时影响到整个电池包。那么，就此来看，钴酸锂电池虽然本身存在着缺陷，但是在TESLA 的工程师的包装上安全性基本上可以忽略。显然，这样的解决方案还是很适合在纯电动汽车上发展。1.3三元材料电池： 以电池的正极材料作为命名方式，三元锂电池的全称为“三元聚合物锂电池”，指的是正极材料使用镍钴锰酸锂三元聚合物的锂电池。三元锂电池多用于笔记本电脑等电子产品，后被用于电动汽车领域。使用三元锂电池的纯电动汽车中，公众最为熟悉的或许就是特斯拉的Model S车型。 比亚迪董事长王传福表示，比亚迪最新研究的磷酸铁锰锂电池突破了传统的磷酸铁锂电池的能量密度限制，达到了三元材料水平，而在成本控制上比普通的磷酸铁锂更加优秀，续航能力得到了大幅度的提升。 2.1 锂空气电池是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。放电过程：阳极的锂释放电子后成为锂阳离子（Li+），Li+穿过电解质材料，在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂（Li2O）或者过氧化锂（Li2O2），并留在阴极。锂空气电池的开路电压为2.91 V。 锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极（以多孔碳为主）很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上，由于氧气作为阴极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，其比能为5.21kWh/kg（包括氧气质量），或11.14kWh/kg（不包括氧气）。相对与其他的金属-空气电池，锂空气电池具有更高的比能（见下表）[1]? ，因此，它非常有吸引力。 科学家们非常希望锂空气电池有一天能取代我们目前使用的锂离子电池。“锂离子充电电池已经被使用了近25年，”剑桥大学化学系的Clare P. Grey教授在电话中说，“25年前，结构更为紧凑的锂离子电池为便携式电子产品的出现铺平了道路，使我们随身携带的电子设备变得更为轻巧便携。锂离子电池技术在当时更适合消费者，而如今，是时候让锂空气电池来替代它了。” 没有哪位化学家或工程师会说，锂离子电池是完美的。随着电动汽车的越来越普及，研究人员也开始将精力集中在研究锂空气电池上。因为锂空气电池比锂离子电池轻得多，更轻的汽车意味着更长的续航里程。可以肯定的是，锂空气电池在理想情况下具有更高的能量密度。理论上说，只有这种电池能让
燃料电池汽车的介绍 ?燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能或的。它的最大特点也在于此，能量转换效率不受“卡诺循 环”的限制，其能量转换效率可高达60%~70%，实际使用效率则是普通内燃机的2倍左右。 燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是 一种理想的车辆。 燃料电池汽车的氢燃料能通过几种途径得到。有些车辆直接携带着纯氢燃料，另外一些车辆有可能装有燃料重整器，能将烃类燃料转化为富氢气体。 单个的燃料电池必须结合成燃料电池组，以便获得必需的动力，满足车辆使用的要求。燃料电池汽车的优点 ?与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点： 1、提高了燃烧效率。 2、减少了机油泄露带来的水污染。 3、降低了温室气体的排放。 4、提高了燃油经济性。 5、零排放或近似零排放。 6、运行平稳、无噪声。 燃料电池汽车的关键技术 ?电动汽车的关键技术包括电动技术、自动化技术、电子技术、信息技术及化学技术，虽然能源是最首要的问题，但是车身结构、电力驱动以及能源管理系统的优化同样至关重要。 与内燃机车相比，电动汽车的行驶里程较短，因此为了尽可能地利用车载的储存能量，必须选用合适的能量管理系统。可以在汽车的各个子系统安装传感器，包括车内外温度传感器、
充放电时间的电流电压传感器、电动机的电流电压传感器、车速传感器、加速度传感器及外部气候和环境传感器。能量管理系统可实现9 个功能： 1）优化系统能量流； 2）预计所生的能量来估计还能行驶的路程； 3）提供参考以便进行有效操作； 4）直接从制动中获取能量存入储能元件，例如：蓄电池； 5）根据外界的气候调节温度控制； 6）根据外界环境调节灯光亮度； 7）估计合适的充电算法； 8）分析能源，尤其是蓄电池的工作记录； 9）诊断能源的任何不恰当或者无效的操作。 把能源管理系统和导航系统结合起来，就可以规划能源效率的路径，锁定充电站的位置并可以根据交通状态预测可行驶里程。总之，能源管理系统综合了多功能、灵活和可变的显着优点，从而可以合理利用有限的车载能源 1 燃料电池 同电化学电池相比，燃料电池的显着优点在于燃料电池电动汽车可达到与燃油车一样的续驶里程，这是因为燃料电池电动汽车的行驶里程仅与燃料箱中的燃料多少有关，而与燃料电池的尺寸无关。实际上，燃料电池的尺寸仅与电动汽车的功率需求水平有关。 燃料电池的优点： 1）反应物加料时间远远短于电化学电池的充电时间（机械充电式电池除外）； 2）使用寿命长于电化学电池并且电池维护工作量更小。同普通电池相比，燃料电池是一个能量生成装置，并且一直产生能量直至燃料用尽。
电动汽车中的电池能量管理系统 一、前言 电动汽车的应用有效地解决了能源和环境可持续发展的问题。电动汽车的应用前景广阔。但电动汽车尤其纯电动汽车的应用遇到了动力电池的难题，电池的问题体现在两个方面。其一是动力电池比能量不高，影响电动汽车续驶里程的要求，价格太高直接影响电动汽车的初始成本；其二是电池的性能差，使用寿命低影响电动汽车的使用成本。 电动汽车用的电池使用中其性能发挥得如何，除与电池模块自身性能有关外，与其应用的电池能量管理系统的功能有着密切的关系，尤其是电池模块质量不太理想的条件下，应用功能完备的电池能量管理系统其作用就更加突出。借助电池能量管理系统的正常工作会使电池模块的性能得以充分发挥，减少电池模块故障，延长电池模块的使用寿命，增加电动汽车的使用安全感。因此，电动汽车电池能量管理系统的应用备受电动汽车设计者和使用者的重视。 二、电动汽车电池能量管理系统的功能 电动汽车，尤其是纯电动汽车中的电池能量管理系统是该车的一种相当重要的技术措施，可以称为电动汽车电池的“保护神”，它起到了对电池性能的保护、防止个别电池的早期损坏、有利于电动汽车的运行，并具有各种警告功能等[1]。由于它参加电池箱内电池模块的监控工作使电动汽车的运行、充电等功能与电池的有关参数（电流、电压、内阻、容量）紧密相连和协调工作。它有计算，发出指令、执行指令和提出警告的功能。各种电池模块虽然有结构和性能上的差异，但它们都具备一些相同或相似的功能。典型的电池能量管理系统应具备如下功能： 2.1 对能量的检测功能 电动汽车在行车过程中，该系统能随时对车辆的能耗进行计算，最终给出该电池箱内电池模块剩余的电池能量值，并通过剩余能量计将数据显示出来，使驾驶人员知道车辆的续驶里程,以便决定如何行驶.在能量允许的条件下使车辆行驶到具有充电功能的地方，补充电量防止半路抛锚。 2.2 对电池工作状态的监测与控制功能 电池能量管理系统按电池箱内安装的传感器提供的信号对电池进行管理。一般情况下，电池箱内有温度传感器及电压、电流和内阻的测量值。由于温度的变化对其他参数都有影响，所以一般都以电池模块的温度来做为控制的指令信号，将测得的温度值与事先设定的温度值进行比较，决定对电池冷却与否。 电动汽车能源是很宝贵的，应尽量采用节能元件，所以电池箱内的冷却风扇一般都是采用分级参与工作。这样能做到在保证电池性能的条件下尽量使用小排量的风扇。当第一级风扇工
纯电动汽车和燃料电池汽车的比较 【摘要】在现阶段，技术相对较成熟、污染程度最小的，当属电动汽车。电动汽车又分为纯电动汽车和燃料电池汽车。而它们都有各自的优缺点。本文介绍了纯电动汽车和燃料电池汽车各自的优缺点。 【关键词】纯电动汽车；燃料电池汽车；清洁能源 0引言 目前，世界各国针对汽车产业都在寻找一种既洁净又储量丰富的能源来缓解日益紧张的石油资源和改善不断恶化的环境，使用此类能源的汽车就是人们常说的新能源汽车。新能源汽车的发展方向呈现多元化，主要有电动汽车、燃气汽车和混合动力汽车三种，而在现阶段，技术相对较成熟、污染程度最小的，当属电动汽车。电动汽车又分为纯电动汽车和燃料电池汽车。而它们都有各自的优点和尚需解决的问题。 １纯电动汽车 纯电动汽车采用单一蓄电池作为储能动力源,通过电池向电机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车前进[1]。其最大优势在于无污染、噪声小，对环境保护十分有益。另外，纯电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小，同时可回收制动、下坡时的能量，提高能量的利用效率。 在我国，首款面向个人销售的纯电动汽车是被定名为e6先行者的比亚迪纯电动汽车，该车以自主研发的，具有高安全、储电多、功率大等特点的铁电池作为动力，一次充电最大续驶里程达到300公里，列世界第一。而且，比亚迪还和南方电网合作，为每位购车者配备充电柜，只要车主有自己的固定车位，南方电网将上门为车主安装，车主自己可在家中完成充电。而这不失为纯电动汽车推广的一条可行路径。 虽然纯电动汽车的优势明显，但目前的普及程度仍远不及内燃机汽车。其需要解决的是： １．１降低电动车价格。目前电动车整车价格昂贵的主要原因一方面是蓄电池的价格昂贵，另一方面也是电动汽车量产小，配件未形成规模化生产； １．２提高一次充电后的续驶里程，目前蓄电池单位重量存储的能量太少，使得电动汽车的续驶里程过短，在一定程度上也制约了电动车的普及； １．３延长蓄电池的使用寿命。目前一个新的蓄电池在使用一到两年后，其充满电所能储存的能量明显下降，基本上三年就要报废； １．４发展包括充电设施在内的基础设施。除工作单位、家庭等夜间充电设施外，还必须建立行车途中充电所必须的充电网络[2]。电动汽车要想普及，基础充电设施的规模化、网络化是一个不能回避的问题； １．５建立一个电动汽车发展的相关行业标准。相关行业标准的缺失，容易导致各电动汽车制造企业各自为政，生产的电动汽车的充电插口以及相关零部件无法通用，限制了电动汽车的推广普及。 ２燃料电池汽车 燃料电池汽车电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用,直接变成电能获得的[3]。这种化学反应过程不会产生有害产物。燃料电池汽车与纯电动汽车最大的区别在于两个电池的概念不一样，纯电动汽车用的是蓄电池，把电储蓄在电池里。燃料电池并不是蓄电池，而是一个发电装置，能源储存在氢里面，使氢气和
电动汽车电池更换站设计规 1.围 本规规定了电动汽车锂电池更换站的设计原则。 本规适用于电动汽车锂电池更换站新建、扩建和改建工程的设计。
2.规性引用文件 下列文件中的条款通过本规的引用而成为本规的条款。凡是注明日期的应用文件，其随后所有的修订单（不包括勘误的容）或修订版均不适用于本规，然而，鼓励根据本规达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本规。 GB/T 2900.1 电工术语基本术语 GB 3096 声环境质量标准 GB/T 3730.1-2001 汽车和挂车类型的术语和定义 GB 4208 外壳防护等级(IP 代码) GB 5749 生活应用水卫生标准 GB 6067 起重机械安全规程 GB/T l2325-2003 电能质量供电电压允许偏差 GB 12348 工业企业厂界环境噪声排放标准 GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 GB/T 15945-1995 电能质量电力系统频率允许偏差 GB/T 18487.1-2001 电动车辆传导充电系统一般要求 GB/T 18487.3-2001 电动车辆传导充电系统电动车辆交流/直流充电机（站） GB/T 18663.1－2008公制系列和英制系列的试验机柜、机架、插箱和机箱的气候、机械试验及安全要求 GB 50011 建筑抗震设计规 GB 50016 建筑设计防火规 GB 50034 建筑照明设计标准 GB 50052 供配电系统设计规 GB 50053 10kV及以下变电站设计规 GB 50054 低压配电设计规 GB 50057 建筑物防雷设计规 GB 50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规 GB 50059 35～110kV变电所设计规 GB 50060 3110kV高压配电装置设计规 GB 50116 火灾自动报警系统设计规 GB 50140 建筑灭火器配置设计规 GB 50150 电气装置安装工程电气设备交接试验标准 GB 50191 构筑物抗震设计规 GB 50217 电力工程电缆设计规 GB 50229 火力发电厂与变电站设计防火规 GB 50260 电力设施抗震设计规 GBZ 1 工业企业设计卫生标准 GBJ 19 采暖通风与空气调节设计规 GBJ 140 建筑灭火器配置设计规 DL 408 安全工作规程(发电厂和变电所电气部分) DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 DL/T 621-2007 交流电气装置的接地