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燃料电池汽车的性能与经济性分析研究第一章燃料电池汽车的概述燃料电池是一种新型的能源转换技术，其采用化学反应将燃料与氧气转化成电能。
燃料电池汽车是使用燃料电池作为主要动力的汽车。
由于其零排放、高效率、低噪音等特点，燃料电池汽车成为了未来汽车发展的重要方向之一。
燃料电池汽车的主要部件包括燃料电池、储氢罐、控制器和电动机等。
燃料电池是整个系统的核心，它将氢气和氧气反应生成电能和水。
在储氢罐中存储的氢气作为燃料供应给燃料电池，而氧气则从空气中吸入。
控制器负责控制整个系统的运行和调节输出电压，而电动机则将电能转化为机械能驱动汽车行驶。
第二章燃料电池汽车的性能分析2.1 经济性燃料电池汽车的经济性主要影响因素包括燃料成本、电池寿命和产量等。
目前，燃料电池汽车的成本较高，主要是由于燃料电池的制造成本、氢气生产和储存成本等。
随着技术的不断进步和规模的扩大，燃料电池汽车的成本有望下降。
燃料电池汽车的维修成本相对较低，而且可以通过政府补贴来降低购车成本。
2.2 能效性燃料电池汽车的能效性指的是其燃料利用率。
燃料电池汽车的能效性相对较高，可以达到50%以上。
与传统内燃机汽车相比，燃料电池汽车的能源利用效率更高，能够更有效地利用燃料，减少能源浪费和环境污染。
2.3 环保性燃料电池汽车属于零排放车辆，其排放物主要是水蒸气，对环境污染极小。
相对于传统燃油车，燃料电池汽车的环保性能更加优越。
2.4 性能稳定性燃料电池汽车的性能稳定性是其重要的技术指标之一。
燃料电池汽车的性能稳定受到燃料电池的寿命影响，目前燃料电池的寿命仍然存在一定的问题。
随着技术的不断进步和优化，燃料电池的寿命将得到进一步提高，为燃料电池汽车的性能稳定提供更加可靠的保障。
第三章燃料电池汽车的经济性分析3.1 成本分析目前燃料电池汽车的成本主要来源于燃料电池本身的制造成本、氢气生产和储存成本等。
燃料电池的制造成本在未来有望下降。
目前氢气生产和储存成本较高，但随着氢气生产技术的提高和规模的扩大，相信其成本也将跟随一同下降。
《汽车理论（第3版）》知识点汽车理论（第3版）知识点第⼀章绪论1.汽车使⽤性能分类：（1）对⾃然环境条件的适应性1）动⼒性：指汽车在良好、平直的路⾯上⾏驶时所能达到的平均⾏驶速度。
2）通过性：汽车以⾜够⾼的平均车速通过各种坏路和⽆路地带的能⼒。
a.⽀承通过性。
b.⼏何通过性：纵向通过⾓，间隙失效，顶起失效，触头或托尾失效3）操纵性：直线⾏驶性，最⼩转弯半径（2）技术经济性主要⽤⽣产率和燃油经济性来表⽰，主要评价指标有：⽣产率，油耗，可靠性与耐⽤性，维修保养⽅便性（维护费⽤）。
（3）劳动保护性指驾驶员⼯作的安全性和使驾驶员的⾝体健康不受损害的性能，主要评价指标有：舒适性（平顺性、噪声、空调、驾驶性、空间），稳定性（操纵稳定性），制动性，驾驶室的牢固程度。
第⼀章地⾯－轮胎⼒学1.轮胎是连接汽车车⾝与道路的唯⼀部件，其基本职能是⽀承车辆重量、传递驱动和制动⼒矩，吸振以及保证转向稳定性。
2.轮胎⼒学是研究轮胎受⼒、变形和运动响应之间关系的，它的主要任务是建⽴精确实⽤的数学模型，描述轮胎的⼒学特性。
第⼀节作⽤在轮胎上的⼒和⼒矩1.轮胎坐标系2.作⽤在轮胎上的⼒和⼒矩在轮胎坐标系中，地⾯作⽤在轮胎上的主要⼒和⼒矩有：纵向⼒F x －地⾯切向反作⽤⼒沿x轴的分量；侧向⼒F y －地⾯切向反作⽤⼒沿y轴的分量；地⾯法向反作⽤⼒F z ；翻转⼒矩M x －地⾯反作⽤⼒绕x轴的⼒矩；滚动阻⼒矩M y －地⾯反作⽤⼒绕y 轴的⼒矩；回正⼒矩M z －地⾯反作⽤⼒绕z 轴的⼒矩第⼆节轮胎的纵向⼒学特性1. 滚动阻⼒：由于弹性轮胎的内摩擦、地⾯变形的阻尼（软路⾯）以及轮胎与地⾯间的弹性变形和局部的滑移等造成的。
轮胎内部摩擦产⽣迟滞损失，这种损失表现为阻碍车轮运动的阻⼒偶。
滚动阻⼒系数f ：车轮在⼀定条件下，滚动所需要推⼒Fp1与负荷W1之⽐，即单位重⼒的推⼒，影响因素：1）速度，100/,.200/,a a u km h f const u km h f <≈>↑↑产⽣驻波现象，⾼温、脱落和爆裂。
基本概念1. 汽车使用性能： 是指汽车能适应使用条件而发挥最大工作效率的能力。
（包括汽车动力性、燃油经济性、安全性、通过性、机动性、容量利用、质量利用、使用方便性和乘坐舒适性。
）2. 汽车使用条件：是指影响汽车完成运输工作的各类外界条件，主要包括社会经济条件、气候条件、道路条件、运输条件和汽车安全运行技术条件等。
3. 制动侧滑：制动时汽车某一轴或两轴发生横向移动称为制动侧滑。
4. 制动跑偏： 汽车在制动时自动向左或向右偏离行驶方向称为制动跑偏。
5. 临界速度与特征车速：对于不足转向汽车，即横摆角速度增益最大稳定值时所对应的车速为其特征车速V ch 。
对于过多转向汽车，横摆角速度增益为无穷大时所对应的车速为其特征车速V ch 。
当汽车极其微小的前轮转向角δ都会产生极大的横摆角速度ω，失去操纵性，出现激转现象时的车速为其临界车速Vcr 。
（当车速为时，的称为临界车速。
）6. 汽车使用经济性：汽车使用经济性，是指汽车完成单位运输量所支付的最少费用的一种使用性能。
它是评价汽车营运经济效果的综合性指标。
7. 同步附着系数：前、后制动器制动力具有固定比值的汽车，使前、后车轮同时抱死的路面附着系数称为同步附着系数。
8. 附着系数：地面制动力与垂直载荷之比为制动力系数φb ，制动力系数也称附着系数。
指轮胎在不同路面的附着能力大小。
9. 汽车操纵稳定性：汽车抵抗力图改变其位置或行驶方向的外界影响的能力。
汽车操纵稳定性包括相互联系的两个部分，一是操纵性，二是稳定性。
操纵性是指汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力；稳定性是指汽车在行驶过程中，具有抵抗改变其行驶方向的各种干扰，并保持稳定行驶而不致失去控制甚至翻车或侧滑的能力。
10. 汽车走合期：对新车、大修车以及装用大修发动机的汽车，在使用初期汽车各部件处于磨合阶段还不能承受全负荷，该阶段为走合期。
11. 汽车技术使用寿命：指汽车已达到技术极限状态，而不能用修理的方法恢复其主要使用性能的使用期限。
汽车燃油经济性随着社会的不断发展，汽车已经成为了现代人出行的重要工具之一。
而对于每一位拥有汽车的车主来说，节约燃油成本已经成为了一个非常重要的议题。
因此，汽车燃油经济性受到了越来越多人的关注。
本文将探讨汽车燃油经济性的重要性，并提供一些提升汽车燃油经济性的方法。
1. 汽车燃油经济性的重要性在现代社会中，节约能源已经成为了全球的共识。
随着石油资源的日益减少，汽车燃油经济性变得尤为重要。
较低的燃油消耗意味着更少的二氧化碳排放，有助于减少环境污染和气候变化。
此外，提高汽车燃油经济性还可以减少车主的燃油费用支出，从而降低个人的经济负担。
因此，汽车燃油经济性的提升不仅对个人和家庭有利，也对整个社会和环境都产生重要的积极影响。
2. 提升汽车燃油经济性的方法2.1 合理驾驶习惯合理的驾驶习惯是提升汽车燃油经济性的基础。
首先，合理的起步和加速可以有效地减少燃油的消耗。
车主应该避免猛踩加速踏板，尽量平稳地起步和加速。
其次，保持合理的车速也是非常重要的。
过高或过低的车速都会导致汽车燃油经济性的下降。
最后，避免急刹车和急转弯也是提升燃油经济性的有效措施。
2.2 定期保养和维护定期的汽车保养和维护是保持汽车燃油经济性的关键。
车主应该按照汽车制造商的建议进行定期的更换机油、空气滤清器和火花塞等关键部件。
此外，定期检查轮胎的胎压、轮胎磨损情况以及轮胎的平衡性和对齐情况也是非常重要的。
这些维护措施能够确保汽车的正常运行，提升燃油经济性。
2.3 减少汽车负荷减少汽车负荷是提升汽车燃油经济性的有效手段之一。
车主应该避免携带过多的不必要物品，尽量减少汽车的重量。
此外，车辆行驶时，避免不必要的空调、加热和电力负荷，能够有效地减少燃油的消耗。
2.4 使用燃油经济性较高的油品选择燃油经济性较高的油品也是提升汽车燃油经济性的一种途径。
现代汽车已经逐渐采用了独立的燃油经济性评定系统来评估不同品牌和型号的汽车的燃油经济性。
车主可以选择燃油经济性较高的油品，以减少燃油的消耗和费用支出。
汽车燃油经济性及评价指标
汽车燃油经济性是指车辆在使用过程中对燃油的消耗情况。
评价指标主要包括：
1. 工信部公布的综合工况油耗：综合工况油耗是指车辆在模拟道路行驶工况下的油耗数据，是评价车辆燃油经济性的主要指标之一。
2. 实际行驶油耗：实际行驶油耗指的是车主在实际使用中根据自己的驾驶习惯和道路状况所测得的油耗数据。
3. 续航里程：续航里程是指在满油状态下车辆可以连续行驶的距离，续航里程长意味着燃油经济性好。
4. 百公里油耗：百公里油耗指的是车辆每行驶100公里所消耗的燃油量，通常以升/百公里为单位，数值越小表示油耗越低。
5. CO2排放量：二氧化碳是一种温室气体，汽车燃烧燃油会产生CO2排放。
低排放量表示车辆燃烧燃油效率高。
以上是评价汽车燃油经济性的一些指标和评价方法，消费者在购车时可以根据这些指标来选择燃油经济性较好的车型。
第三章汽车使用经济性汽车使用经济性，是指汽车完成单位运输量所支付的最少费用的一种使用性能。
它是评价汽车营运经济效果的综合性指标。
统计资料表明，我国营运汽车的平均运输成本中，汽车运行材料费（燃料费及轮胎费）所占比率最大，达40％以上。
其消耗和节约的研究，对提高汽车使用经济性具有重要作用。
本章将从汽车运行材料的合理性作用方面来讨论汽车使用经济性。
第一节汽车燃料经济性在当前和今后相当长的一段时期，汽车燃料仍将以石油产品为主。
例如，西欧工业发达国家交通运输消耗石油产品的34～45％；美国交通运输部门消耗国内石油产品的52％；我国交通运输和邮电通讯业消耗的石油产品约占总量的16％，每年消耗的汽油占其总消耗量的36％，柴油占27％。
2000年中国进口石油7600万吨，接近1GDP。
据预测2010年我国石油缺口高达1.6亿吨以上。
此外，由于汽车运输的油耗占汽车运输成本的20％以上(见表3-1)。
根据我国公路法的规定，公路养路费用将采取征收燃油附加费用的办法，燃料成本会大幅度增加。
据统计，平均燃料费增加37.5%～44.5％，甚至高达60％以上。
节约燃料就意味着汽车运输成本的降低，经济效益的提高。
显而易见，研究汽车燃料经济性对汽车节能的意义重大，例如，同1970年相比，1993年美国汽车平均油耗下降了33％。
为此，世界各国都把降低汽车能耗作为一项基本国策，并成为汽车制造和交通运输领域的重要课题。
某运输公司汽车货运成本组成表3-1汽车燃料经济性，是指汽车以最少的燃料消耗完成单位运输工作量的能力。
汽车发动机燃料经济性通常用有效燃料消耗率ge或有效效率ηe评价。
但它们均不能反映发动机在具体汽车上的功率利用情况及行驶条件的影响。
所以，它们不能直接用于评价汽车燃料经济性。
为了评价汽车的燃料经济性，常选取单位行程的燃料消耗量（L/100km）或单位运输工作的燃料消耗量（L/100tkm、L/tpkm）作为评价指标。
前者用于比较相同容量的汽车燃料经济性，也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一种汽车上对汽车燃料经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量的汽车燃料经济性。
其数值越大，汽车的经济性越差。
汽车燃料经济性也可用汽车消耗单位量燃料所经过的行程km/L作为评价指标，称为汽车经济性因数。
例如，美国采用每加仑燃料能行驶的英里数，即MPG 或mile/usgal。
其数值越大，汽车的燃料经济性越好。
由于汽车在使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃料的消耗影响很大，也可采用燃料消耗量Q(单位为L/100km)与有效载荷Ge(单位：t)之间的关系曲线，评价在不同道路条件下汽车燃料经济性，称之为平均燃料运行消耗特性。
二、汽车燃料经济性试验方法汽车燃料经济性试验方法可根据对各种使用因素的控制程度分为不加以控制的路上试验、控制的道路试验、道路循环试验(包括等油耗、加速、制动油耗等)、在汽车底盘测功器(即转鼓试验台)上的循环试验。
表3-2列出了影响汽车燃料经济性的使用因素。
影响汽车燃料经济性的使用因素表3-2在试验条件中，对被试车辆的维护、调整规范及所用燃料、润滑材料的规格都有明确的规定。
由于各种使用因素的随机变化，要获得分散度很小的数据较难。
为此，必须用相当数量的汽车(车队)进行长距离(10000km～16000km)的试验，方能获得可信度较高的统计数据。
由此可见，这种试验反映了车辆类型、道路条件、交通量、装载质量以及气候等因素对汽车燃料消耗的影响。
它可用于全面评价汽车使用燃料经济性，是一种非常接近实际情况的试验。
但这种试验持续时间很长，试验费用巨大，一般不被采用。
过去我国汽车运输企业采用的“使用油耗试验”就是一种“不控制的道路试验”。
即在某地区的某汽车运输部门中，把试验车辆投入实际使用，在运行中认真记录汽车行驶里程与油耗量，最后确定平均油耗量。
这种试验结果能较好地反映车队的实际情况，但难以真正做到准确地测量，同时也浪费时间。
因此，它适合车型单一的运输企业使用。
在道路试验中测量油耗时，若维持表3-2中的一个或几个因素不变，则称作“控制的道路试验”。
例如，我国海南试验站进行的汽车质量检查试验规定，应在一般路面、恶劣路面和山区公路上测量百公里油耗，并对一些试验路线作了有较明确规定。
如指定在海口市秀英港以南，海榆中线3km处入口、9km处出口，一条通往石山乡，全长18km的便道为试车的恶劣路面；海榆中线北起毛阳南至通什，总长25km的山道为试车的山区公路；而对一般路面，则仅指海南岛上较好的平原公路，未明确规定路段。
这就是一种“控制的道路试验”。
国外是在汽车试验场的专用试验道路上进行类似的油耗试验。
汽车完全按规定的车速－时间规范进行的道路试验方法被称为“道路循环试验”。
实验规范中规定了换档时刻、制动时间、速度、加速度、制动减速度等数值。
等速行驶油耗试验和怠速油耗试验是这类试验中两种最简单的循环试验方法。
等速行驶百公里油耗试验是一种在我国广泛采用的最简单的道路循环试验。
试验规范规定，试验在纵坡不大于0.3％的混凝土、沥青道路，要求路面干燥、平坦、清洁、测量路段长度500m，两端可方便地使汽车调头。
气温0℃～35℃，气压740mmHg～770mmHg，相对温度50％～95％，风速小于3m/s。
汽车技术状况良好，试验前，汽车必须充分预热，使发动机出水温度80℃～90℃，变速器及驱动桥润滑油温度不低于50℃。
试验时，汽车用最高档等速行驶，从车速20km/h 开始，以车速10km/h的整倍数，直至该档最高车速的80％，至少测定5点。
通过500m测量段，测定耗油量和时间，每种车速往返试验各两次，两次试验之间的时间间隔(包括使车速达到预定的稳定车速所需的助跑时间)应尽可能地缩短，以保持稳定的热状况。
往返共四次试验结果的油耗量差值不应超过±5％，取四次试验结果的平均值为等速行驶的耗油量。
等速行驶燃料经济性不能全面考核汽车运行燃料经济性，它只能作为一种相对比较性的指标。
因为等速燃料经济性试验缺乏有关动力性要求的检验指标，容易造成试验汽车的动力性要求与燃料经济性匹配不合理的现象；此外，等速行驶燃料经济性不能反映汽车实际行驶中频繁出现的加速、减速等非稳定行驶工况。
我国针对载货汽车、城市公共汽车和乘用车提出了相应的燃料经济性试验规范。
载货汽车“六工况燃料测试循环”、城市公共客车四工况（GB/T 12545.2-2001）方法见表3-2至表3-3和图3-1、图3-2和图3-3。
试验过程是，用仪器记录行程－车速－时间曲线，检查试验参数。
在每个试验单元中，车辆终速度偏差应小于±3.0km/h，其它工况速度偏差±1.5km/h，要求控制六工况的总行驶误差小于±1.5s。
完成一个单元试验后，尽可能迅速地调头，从相反方向重复试验。
累计进行四个单元试验，将此六工况循环或四工况循环的累计耗油量折算成算术平均百公里耗油量测定值。
“乘用车城市底盘测功机试验运转循环”（GB12545.1-2001）方法见表3-4至表和图3-3。
距离测量准确度应为0.3%，时间测量的准确度为0.2S，燃料测量精度±2％，燃料测量装置的进出口压力和温度变化不得超出10％和±5℃，环境温度应为5℃～35℃，大气压力应为91kPa~104kPa。
六工况循环试验参数表表3-3档起步，将IV挡代替表中V档，其他依次代替，则按表中规定试验循环进行。
2 括号内数字适用于铰接式客车及双层客车。
乘用车十五工况循环试验参数表3－52) 1K(或2K)指变速器挂1档(或2档)，离合器脱开。
3) 如车辆装备自动变速器，驾驶员可根据工况自行选择合适的档位。
美国机动车工程师协会(SAE)曾推荐了四种道路循环，见图3-4及表3-6。
道路循环试验在一定程度上反映了汽车实际行驶工况。
它具有数据重复性好，使用仪器简单，花费时间少，消耗低等优点。
所以，现有使用这类方法的很多。
在汽车底盘测功器上进行汽车燃料经济性测量是汽车制造商和汽车检验认证机构常用的室内试验方法。
这种试验能借助底盘测功器模拟汽车行驶阻力与加速时惯性阻力等道路上的行驶工况。
所以，可以按照很复杂的循环规范对汽车进行室内试验。
若试验间的气温也能控制，则室内汽车测功器就能控制主要使用因素。
SAE道路循环试验规范表3-6图3-5是美国环保局(EPA)CVS-C行驶循环(UDDS循环)的速度-时间关系曲线。
整个循环行驶时间为22.87min，行程12km，平均车速31.4km/h，最高车速90.9km/h。
它是根据美国洛杉矶市中心的交通情况拟定的，包括了一系列不重复的加速、减速、怠速和接近于等速的行驶过程。
用汽车测功器测量的油耗有以下优点：在室内试验可不受外界气候条件的限制；能控制试验条件，周围环境影响的修正系数可以减到最少；若能控制室温，则可对不同气温条件的汽车工况进行模拟试验；室内便于控制行驶状况，故能采用符合实际的复杂循环；可以同时进行燃料经济性与排气污染试验；能采用多种测量油耗的方法，如质量法、体积法与碳平衡法。
用汽车底盘测功器测量油耗的方法尚需改进。
例如，不易准确模拟道路滚动阻力和空气阻力；室内冷却风扇产生的冷却气流与道路行驶的实际情况有差异；难以给出准确的惯性阻力。
与其它方法相比，由于用汽车底盘测功器测量油耗的重复性好，能反映实际行驶时复杂的交通情况，能采用多种测量油耗方法，还能同时进行废气污染的测量，所以这种方法日益受到重视。
三、 汽车燃料经济性的计算方法根据每小时燃料消耗量G r (kg/h)，可利用式（3-1）确定燃料消耗量Q (L/100km )为γa Tu G Q 981=(3-1)hkg g P G ee T /,1000= (3-2)式中：u a －车速，km/h ；r －燃料密度，汽油可取6.96～7.15N/L ；柴油可取7.94～8.13N/L ； P e －发动机有效功率，kW ；g e －发动机有效油耗率，g/（kW ·h ）。
将式(3-2)代入式(3-1)，可得γa e e S u g P Q 02.1=，L/100km (3-3)根据汽车功率平衡方程式为()j w i r Te P P P P P +++=η1αcos 36003600r a a r r Gf uu F P ==αsin 36003600G uu F P a a i i ==()ααψψsin cos 36003600±==r aaf G u u F Pψ = f r cos α± sin α当α较小时，cos α≈1,i=tg α≈sin α≈α，则ψ = f r ± iψψG u P a3600=360015.2136003⨯==a D a w w Au C u F Pdt dug G u F P a j j 36003600δ==则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=dt du g G Au C G u P a D Tae δψη15.2136002，kW (3-4)将式(3-4 )代入式(3-2)，可得汽车燃料消耗方程式为⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=dt du g G Au C G g Q a D T eS δψγη15.2136722 (3-5)式中： T η－传动系机械效率； G －汽车总重力(单位N),G=mg ； ψ－道路阻力系数，if r +=ψ；D C －空气阻力系数； A －汽车迎面面积，m2； －汽车旋转质量换算系数。
