畢業(yè)論文--燃料電池汽車發(fā)展與預測

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目 　燃料電池汽車發(fā)展與預測 </p><p>　　分 院：__ 機電工程分院______ </p><p>　　?！　I(yè)：__ 汽車檢測與維修技術_ </p><p>　　班　　級：___2009級10班______ <

2、;/p><p>　　學　　號：__ ____</p><p>　　學生姓名：____________ </p><p>　　指導教師：_____________</p><p>　　2011年 12 月 29日</p><p><b>　　中文摘要</b></p><p&

3、gt;　　汽車作為一個與人們生活密切相關的產品，其性能自然會受到人們的普遍關注。進入21世紀以來，汽車電子控制技術已經日益成熟，汽車產品作為高新技術載體的特征越來越明顯。</p><p>　　隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展，人們逐漸認識到傳統(tǒng)的能源利用方式有兩大弊病。多年來人們一直在努力尋找既有較高的能源利用效率又不污染環(huán)境的能源利用方式。這就是燃料電池發(fā)電技術。燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能，直接轉化為電能的

4、裝置，目前用于汽車的燃料電池是質子交換膜燃料電池。這種燃料電池的供電方式具有能量轉換效率高，不污染環(huán)境，使用壽命長等突出優(yōu)點，而受到汽車廠家普遍重視，技術進步明顯，一旦電池成本下降，加氫方式和設備為商業(yè)運營商所接受，應用前景被普遍看好。</p><p>　　關鍵詞：燃料電池；環(huán)境污染；發(fā)展前景；新能源</p><p><b>　　Abstract</b></p&

5、gt;<p>　　As a car with people's lives are closely related to the product, its performance will naturally be subject to people's attention . In the 21st century , automotive electronic control technology ha

6、s become more sophisticated, high-tech automotive products as more and more obvious characteristics of the carrier .</p><p>　　With the development of modern civilization, it is increasingly recognized that t

7、raditional energy use patterns have two major drawbacks. Over the years people have been trying to find both high energy efficiency without polluting energy use patterns. This is the fuel cell power generation technology

8、 . Fuel cells will be stored in a fuel and oxidizer in the chemical energy directly into electrical energy , fuel cells currently used for automotive proton exchange membrane fuel cells.</p><p>　　The fuel ce

9、ll power supply with energy conversion efficiency, no pollution, long life and other advantages , and by auto manufacturers generally attach importance to technological progress significantly , once the battery cost redu

10、ction , hydrogenation methods and equipment for commercial operators accept applications in the future is generally good.</p><p>　　Keywords：Fuel cell；Environmental pollution ; development prospects ; new ene

11、rgy</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、燃料電池的歷史。5</p><p>　　1.1為什么要發(fā)明燃料電池。5</p><p>　　2、到底什么是燃料電池。6</p><p>　　3、燃料電池的工作原理。7</p><p>　　4、

12、汽車燃料電池的特點。7</p><p>　　4、1 能量轉化效率高。7</p><p><b>　　4、2 環(huán)保。7</b></p><p>　　4、3 可靠性高。8</p><p>　　4、4 低噪音。8</p><p>　　5、汽車燃料電池的未來。8</p><

13、p>　　5、1 汽車燃料電池能否大量投入市場使用。9</p><p><b>　　謝辭11</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p>　　燃料電池汽車發(fā)展與預測</p><p>　　第一章 1、燃料電池的歷史。</p><p>

14、;　　進入21世紀以來，汽車電子控制技術已經日益成熟，汽車產品作為高新技術載體的特征越來越明顯。計算機技術、全球衛(wèi)星定位技術、新型材料技術、智能化交通系統(tǒng)、因特網、電子商務等現(xiàn)代科技日漸充分的體現(xiàn)在汽車中，標志著汽車智能化控制的時代已經到來。隨著市場競爭日趨激烈，消費者對汽車性能的要求越來越高，未來汽車電子化將在“節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適”等方面向集成化、智能化和網絡化方向的更深層次拓展，其技術將滲透到汽車各個系統(tǒng)之中，甚至將交通環(huán)境與汽

15、車技術緊密地聯(lián)系在一起。CAN總線技術、超大規(guī)模集成電路組成的高速車用微型計算機、數(shù)碼影像技術和生物技術應用于汽車設計上，將極大地改變未來汽車的模樣。動力最優(yōu)化控制系統(tǒng)、通信與導航協(xié)調控制系統(tǒng)、安全駕駛監(jiān)測與警告系統(tǒng)、自動防追尾碰撞系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)和電子地圖等已經出現(xiàn)在量產汽車或研究車上的技術，逐漸顯露出未來汽車與交通科技發(fā)展的端倪。</p><p>　　1.1為什么要發(fā)明燃料電池。</p>&l

16、t;p>　　隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展，人們逐漸認識到傳統(tǒng)的能源利用方式有兩大弊病。一是儲存于燃料中的化學能必需首先轉變成熱能后才能被轉變成機械能或電能，受卡諾循環(huán)及現(xiàn)代材料的限制，在機端所獲得的效率只有33~35%，一半以上的能量白白地損失掉了；二是傳統(tǒng)的能源利用方式給今天人類的生活環(huán)境造成了巨量的廢水、廢氣、廢渣、廢熱和噪聲的污染。對于發(fā)電行業(yè)來說，雖然采用的技術在不斷地升級，如開發(fā)出了超高壓、超臨界、超超臨界機組，開發(fā)出了流化床燃燒

17、和整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術，但這種努力的結果是：機組規(guī)模巨大、超高壓遠距離輸電、投資上升，到用戶的綜合能源效率仍然只有35%左右，大規(guī)模的污染仍然沒有得到根本解決。</p><p>　　1839年英國的Grove發(fā)明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。1889年Mood和Langer首先采用了燃料電池這一名稱，并獲得200mA/m2電流密度。由于發(fā)電機和電極過程動力

18、學的研究未能跟上，燃料電池的研究直到20世紀50年代才有了實質性的進展，英國劍橋大學的Bacon用高壓氫氧制成了具有實用功率水平的燃料電池。60年代，這種電池成功地應用于阿波羅(Apollo)登月飛船。從60年代開始，氫氧燃料電池廣泛應用于宇航領域，同時，兆瓦級的磷酸燃料電池也研制成功。從80年代開始，各種小功率電池在宇航、軍事、交通等各個領域中得到應用。</p><p>　　燃料電池被稱為是繼水力、火力、核能之

19、后第四代發(fā)電裝置和替代內燃機的動力裝置。國際能源界預測，燃料電池是21世紀最有吸引力的發(fā)電方法之一。我國人均能源資源貧乏，在目前電網由主要缺少電量轉變?yōu)橹饕鄙傧到y(tǒng)備用容量、調峰能力、電網建設滯后和傳統(tǒng)的發(fā)電方式污染嚴重的情況下，研究和開發(fā)微型化燃料電池發(fā)電具有重要意義，這種發(fā)電方式與傳統(tǒng)的大型機組、大電網相結合將給我國帶來巨大的經濟效益。多年來人們一直在努力尋找既有較高的能源利用效率又不污染環(huán)境的能源利用方式。這就是燃料電池發(fā)電技術。

20、</p><p>　　第二章 到底什么是燃料電池。</p><p>　　燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能，直接轉化為電能的裝置。當源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時，它可以連續(xù)發(fā)電。依據電解質的不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）及質子交換膜燃料電池（PEMFC）等。燃

21、料電池不受卡諾循環(huán)限制，能量轉換效率高，潔凈、無污染、噪聲低，模塊結構、積木性強、比功率高，既可以集中供電，也適合分散供電。燃料電池的原理圖的如下圖（1-1）。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　目前用于汽車的燃料電池是質子交換膜燃料電池，其工作原理是將氫氣送到陰極，經過催化劑的作用，氫原子中的電子被分離出，并在陽極的吸引下，經過外部

22、電路產生電流，失去電子而形成的氫離子可以穿過質子交換膜，在陽極與氧原子和電子重新結合為水。由于可以通過空氣不斷地獲得氧氣，因此只要不斷向陰極供氫，并能夠及時將水帶走，燃料電池便可以源源不斷的提供電能。這種供電方式具有能量轉換效率高，不污染環(huán)境，使用壽命長等突出優(yōu)點，而受到汽車廠家普遍重視，技術進步明顯，一旦電池成本下降，加氫方式和設備為商業(yè)運營商所接受，應用前景被普遍看好。</p><p>　　3、燃料電池的工作

23、原理。</p><p>　　燃料電池是一種把儲存在燃料和氧化劑中的化學能，等溫地按電化學原理轉化為電能的能量轉換裝置。燃料電池是由含催化劑的陽極、陰極和離子導電的電解質構成。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，產生電能而驅動負載工作。燃料電池與常規(guī)電池不同在于，它工作時需要連續(xù)不斷地向電池內輸入燃料和氧化劑通過電化學反應生成水，并釋放出電能；只要保持燃料供應，電池就會不斷工作提

24、供電能。</p><p>　　燃料電池與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比,燃料電池的能量轉換是直接的,不需要經過熱能轉換這一環(huán)節(jié),因此發(fā)電效率比較高。其發(fā)電原理與其它化學電源一樣,在電池的陽極發(fā)生燃料的催化氧化反應,陰極發(fā)生氧化劑的催化還原反應。電解質隔開陰陽極并提供質子遷移通道,電子通過外電路驅動負載做功,這樣就構成了電池負載回路。對外電路按原電池定義電池的陽極為正極,陰極為負極。由于燃料電池的燃料和氧化劑不是貯存在電池內,

25、而是貯存在電池外部的儲罐中。只要保證燃料供應,就能夠持續(xù)不斷的產生電能。當電池運行時,燃料和氧化劑源源不斷地送入電池,電化學反應后會有反應產物和部分未反應的燃料和氧化劑排出,同時伴隨有熱量生成。</p><p>　　4、汽車燃料電池的特點。</p><p>　　4、1 能量轉化效率高。</p><p>　　燃料電池直接將燃料中化學能轉換為電能,避免了化學能到熱能,再

26、到機械能,然后到電能過程中的能量損失,具有高達45% ~60%的能量轉換效率,如果通過熱電共生同時利用高溫潔凈熱能,能量轉換效率可以達到80%。</p><p><b>　　4、2 環(huán)保。</b></p><p>　　當氫為燃料時,燃料電池的副產物是水。這意味著燃料電池是“零排放”。是燃料電池應用于汽車的最大優(yōu)點,也是減少汽車尾氣排放和在城市消除廢氣的需要。</

27、p><p><b>　　4、3 可靠性高。</b></p><p>　　燃料電池的基本原理非常簡單,除了少數(shù)運動部件外,它的可靠性和持久性都很高。模塊設計,結構緊湊。設備可以模塊化,尺寸靈活性大,發(fā)電量易于調節(jié)。</p><p><b>　　4、4 低噪音。</b></p><p>　　燃料電池運動部件

28、少,噪聲很低。在汽車的燃料電池，運行起來噪聲非常小，坐在駕駛室里能很清晰的聽到車外的情況。</p><p>　　5、汽車燃料電池的未來。</p><p>　　關于中國汽車產業(yè)的現(xiàn)狀，從兩個角度來說，宏觀角度與微觀角度。宏觀上，中國在2001年12月11日加入了世界貿易組織，國外的廠商陸續(xù)進入了中國市場，使得競爭進一步激烈；微觀上，企業(yè)面臨不得不降價的處境，處在虧損的邊緣。伴隨著中國的改革開

29、放，很多的國外企業(yè)進入了中國，搞起了合資，本質上就是以技術換市場。這里面有大眾，標致，豐田，奔馳，寶馬等公司。根據2000年的資料顯示，中國汽車市場份額中97%屬于合資企業(yè)，而20多家國內企業(yè)僅僅占到了3%的市場份額。可以說，中國的汽車企業(yè)就是在夾縫中生存。</p><p>　　04年中國汽車產量占世界總產量的7.91%，銷量占世界總銷量的8.41%。數(shù)字比較，我們知道中國是一個汽車進口的國家。理論上說，降低關稅

30、有利于消費者的福利。但是進口的汽車大都是高檔車，對于這一部分的消費者來說，他們不在乎這輛車的價格，而是車子帶來的社會地位。也就是說更高的價格，會有相對少的人來買，這樣就會使得這一產品在生活中比較稀缺，使得消費者感到了更大的滿足感。這是高檔車所特有的虛榮效應。</p><p>　　據統(tǒng)計資料顯示，06年1-5月份中國汽車銷量排名前十位的企業(yè)銷量249，17萬輛，市場占有率是83，77%，同比增長0，59個百分點。前

31、十位依次是：上汽，一汽，東風，長安，北汽，奇瑞，哈飛，廣汽，吉利和江淮。記得我們關注的是奇瑞與吉利兩個企業(yè)，他們是中國自主研發(fā)企業(yè)的代表。這兩個企業(yè)的產品都是集中在低檔車，而且在中國這樣一個發(fā)展中國家的市場里，低檔車是大眾需求的，是銷量最好的。下面的資料也正說明了這一點，奇瑞、吉利和華晨產銷同比分別增長72.15%、55.62%和62.11%。</p><p>　　前些時間國際石油不斷暴漲，引發(fā)車用油價格一路飆升

32、。目前國內汽車企業(yè)爭相加入了氫燃料電池汽車研究的行列,除了上汽、奇瑞等在"十五"期間就參與研發(fā)的企業(yè)之外,北汽福田也已加入進來。另外上汽也從氫燃料電池轎車領域進入到了客車領域。氫燃料電池客車研發(fā)方面,2002年初,清華大學作為牽頭單位,與東風汽車公司、北京客車總廠等五家單位組成了總體組,承擔國家"十五"863計劃燃料電池城市客車研制項目。清華大學也成立了北京清能華通科技發(fā)展有限公司作為產業(yè)化載體。

33、</p><p>　　目前,國內最新的氫燃料電池客車最大速度達到90公里/小時,一次加氫最大行駛里程達到300公里,發(fā)動機輸出功率達到100千瓦。這與國際領先水平相比還有較大差距。</p><p>　　有關專家建議,中國已經自主研發(fā)出了燃料電池大客車,中國政府也投入了很多資金。國外的燃料電池大客車價格很高,為了促進中國政策的制定和相關標準法規(guī)的建立,建議中國的燃料電池大客車也能加入到示范運

34、行的行列中。在發(fā)動機、整車控制技術方面,國內的水平盡管與國際領先水平有差距,但這不是發(fā)展氫燃料電池最主要的困難。關鍵的問題還在于氫燃料電池和動力電池的壽命問題。</p><p>　　2001年,上汽集團與通用汽車中國公司合資組建的上海泛亞汽車技術中心,就以別克GL8為原型推出了一輛名為鳳凰的燃料電池汽車。</p><p>　　2004年,上汽與通用簽訂了清潔能源汽車戰(zhàn)略合作框架協(xié)議,雙方達

35、成協(xié)議:通用"氫動三號"氫燃料電池汽車從2005年第一季度開始在中國進行為期兩年的示范運行。以通用汽車在2002年推出的"氫動三號"為基礎,由泛亞汽車技術中心在通用汽車北美和德國工程人員的指導下進行一系列整合工作,并且泛亞汽車技術中心將負責此車日后的運行及維護。</p><p>　　2005年中國燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項目競標時,通用汽車也曾支持上汽集團參加該項目競標,

36、并提供當時通用汽車最先進的燃料電池驅動系統(tǒng)。</p><p>　　2006年8月17日，是我國燃料電池汽車研制進程中一個特別的日子，由中科院大連化學物理研究所等自主研發(fā)的兩輛燃料電池觀光示范車，在大連市的星海廣場投入了交車的試運行，中國的燃料電池汽車又前進了重要的一步。</p><p>　　2007年11月15日,中國燃料電池公共汽車商業(yè)化示范項目第二期啟動,將為上海招標采購3~6輛適合上

37、海城市公交工況的燃料電池公共汽車,進行為期兩年的示范運行。</p><p>　　近幾年，上海大眾、一汽豐田等也相繼有推出燃料電池汽車概念車型。在燃料電池汽車這個領域里，奔馳和寶馬汽車公司的研發(fā)成就比較突出。</p><p>　　5、1 汽車燃料電池能否大量投入市場使用。</p><p>　　縱觀中國燃料電池的產業(yè)化進程，可謂一路跌跌撞撞、步履蹣跚。直至今天，盡管我

38、們的燃料電池汽車還只能是為了“觀光”，而不能由尋常百姓真正駕駛著開上通衢長街，但我們依然無畏無懼，繼續(xù)奮然前行。</p><p>　　就以上數(shù)據推斷，汽車燃料電池每年都有新的突破，每年都會推出新的成就，這樣的發(fā)展速度，我估計在不遠的將來肯定能，也必然能代替汽油的發(fā)動機。無論從哪個角度去考慮，燃料電池都有優(yōu)勢代替其它的燃料。在當今全球能源緊張、油價急劇波動的時代，尋找新能源作為化石燃料的替代品是當務之急。再說燃料電

39、池的優(yōu)勢明顯，清潔、高效，得到各國政府企業(yè)的大力支持，加上能源動力企業(yè)對燃料電池的發(fā)展信心十足，所以燃料電池未來市場將有巨大的上升空間。我非常期待不遠的將來可以親自駕著燃料電池動力汽車回母校一展風彩！</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　首先，我深深地感謝我的指導老師**。在兩年的學習中，*老師給予我很多熱情的鼓勵和悉心的教導，本論文正是在他

40、的指導和幫助下完成的。</p><p>　　在論文的寫作過程中也學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半。 </p><

41、p>　　總之，此次論文的寫作過程，我收獲了很多。此次論文的完成既為大學三年劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。</p><p>　　再次深深感謝**老師的指導和關心，衷心祝愿*老師身體健康、家庭幸福，事業(yè)蒸蒸日上！</p><p><b>　　致此</b></p><p><b>　　敬禮！</b

42、></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]胡寧《汽車文化》北京理工大學出版社199至260頁 2007年版</p><p>　　[2] 滿開美、張富興.《車用燃料電池發(fā)展的研究》城市車輛 2010年版</p><p>　　[3]胡軍《當代汽車報》 第二版2-1

43、 2008年版</p><p>　　[4]《中國新能源網》 2011年版</p><p>　　[5]《上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司》 2011年版</p><p><b>　　附件3：</b><

44、;/p><p>　　畢業(yè)論文(設計)答辯成績登記表</p><p>　　答辨老師簽名： 1、 2、 3、 4、 </p><p><b>　　答辨小組組長簽名：</b></p><p><

45、b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　附件4：</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設計）指導記錄</p><p>　　注：本表一式二份，分別存于教務處、教研室。</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）評閱審核表</p><p>　　注：本表一式三份，分