燃料电池汽车发展与预测毕业论文.doc

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1、中文摘要中文摘要 汽车作为一个与人们生活密切相关的产品，其性能自然会受到人们的普 遍关注。进入 21 世纪以来，汽车电子控制技术已经日益成熟，汽车产品作 为高新技术载体的特征越来越明显。 随着现代文明的发展，人们逐渐认识到传统的能源利用方式有两大弊病。 多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利 用方式。这就是燃料电池发电技术。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂 中的化学能，直接转化为电能的装置，目前用于汽车的燃料电池是质子交换 膜燃料电池。这种燃料电池的供电方式具有能量转换效率高，不污染环境， 使用寿命长等突出优点，而受到汽车厂家普遍重视，技术进步明显，一旦电 池成本

2、下降，加氢方式和设备为商业运营商所接受，应用前景被普遍看好。 关键词：关键词：燃料电池；环境污染；发展前景；新能源 2012 届广西城市职业学院毕业论文 2 Abstract As a car with peoples lives are closely related to the product, its performance will naturally be subject to peoples attention . In the 21st century , automotive electronic control technology has become more soph

3、isticated, high-tech automotive products as more and more obvious characteristics of the carrier . With the development of modern civilization, it is increasingly recognized that traditional energy use patterns have two major drawbacks. Over the years people have been trying to find both high energy

4、 efficiency without polluting energy use patterns. This is the fuel cell power generation technology . 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. The fuel cell

5、 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 reduction , hydrogenation methods and equipment for commercial operators accept applic

6、ations in the future is generally good. KeywordsKeywords：Fuel cell；Environmental pollution ; development 2012 届广西城市职业学院毕业论文 3 prospects ; new energy 目录目录 1 1、燃料电池的历史。、燃料电池的历史。 5 5 1.1 为什么要发明燃料电池。 5 2 2、到底什么是燃料电池。、到底什么是燃料电池。 6 6 3 3、燃料电池的工作原理。、燃料电池的工作原理。 7 7 4 4、汽车燃料电池的特点。、汽车燃料电池的特点。 7 7 4、1 能量转化效率高。

7、.7 4、2 环保。.7 4、3 可靠性高。.8 4、4 低噪音。.8 5 5、汽车燃料电池的未来。、汽车燃料电池的未来。 8 8 5、1 汽车燃料电池能否大量投入市场使用。 9 谢辞谢辞 1111 参考文献参考文献 1212 2012 届广西城市职业学院毕业论文 4 2012 届广西城市职业学院毕业论文 5 燃料电池汽车发展与预测燃料电池汽车发展与预测 第一章第一章 1 1、燃料电池的历史。、燃料电池的历史。 进入 21 世纪以来，汽车电子控制技术已经日益成熟，汽车产品作为高 新技术载体的特征越来越明显。计算机技术、全球卫星定位技术、新型材料 技术、智能化交通系统、因特网、电子商务等现代科技

8、日渐充分的体现在汽 车中，标志着汽车智能化控制的时代已经到来。随着市场竞争日趋激烈，消 费者对汽车性能的要求越来越高，未来汽车电子化将在“节能、环保、安全、 舒适”等方面向集成化、智能化和网络化方向的更深层次拓展，其技术将渗 透到汽车各个系统之中，甚至将交通环境与汽车技术紧密地联系在一起。 CAN 总线技术、超大规模集成电路组成的高速车用微型计算机、数码影像技 术和生物技术应用于汽车设计上，将极大地改变未来汽车的模样。动力最优 化控制系统、通信与导航协调控制系统、安全驾驶监测与警告系统、自动防 追尾碰撞系统、自动驾驶系统和电子地图等已经出现在量产汽车或研究车上 的技术，逐渐显露出未来汽车与交通

9、科技发展的端倪。 1.11.1 为什么要发明燃料电池。为什么要发明燃料电池。 随着现代文明的发展，人们逐渐认识到传统的能源利用方式有两大弊病。 一是储存于燃料中的化学能必需首先转变成热能后才能被转变成机械能或电 能，受卡诺循环及现代材料的限制，在机端所获得的效率只有 3335%，一半 以上的能量白白地损失掉了；二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环 境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。对于发电行业来说， 虽然采用的技术在不断地升级，如开发出了超高压、超临界、超超临界机组， 2012 届广西城市职业学院毕业论文 6 开发出了流化床燃烧和整体气化联合循环发电技术，但这种努力的结果是

10、： 机组规模巨大、超高压远距离输电、投资上升，到用户的综合能源效率仍然 只有 35%左右，大规模的污染仍然没有得到根本解决。 1839 年英国的 Grove 发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的 简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯。1889 年 Mood 和 Langer 首 先采用了燃料电池这一名称，并获得 200mA/m2 电流密度。由于发电机和电 极过程动力学的研究未能跟上，燃料电池的研究直到 20 世纪 50 年代才有了 实质性的进展，英国剑桥大学的 Bacon 用高压氢氧制成了具有实用功率水平 的燃料电池。60 年代，这种电池成功地应用于阿波罗(Apollo)登月飞船

11、。从 60 年代开始，氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域，同时，兆瓦级的磷酸燃料 电池也研制成功。从 80 年代开始，各种小功率电池在宇航、军事、交通等 各个领域中得到应用。 燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃 机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是 21 世纪最有吸引力的发电方 法之一。我国人均能源资源贫乏，在目前电网由主要缺少电量转变为主要缺 少系统备用容量、调峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严重的情 况下，研究和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电方式与传统 的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。多年来人们一直 在努力寻找既有较高的

12、能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。这就是 燃料电池发电技术。 2012 届广西城市职业学院毕业论文 7 第二章第二章 到底什么是燃料电池到底什么是燃料电池。 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的 装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发 电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC） 、磷酸型燃料电 池（PAFC） 、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 、固体氧化物燃料电池（SOFC）及 质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换 效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以 集中

13、供电，也适合分散供电。燃料电池的原理图的如下图（1-1） 。 （1-1） 目前用于汽车的燃料电池是质子交换膜燃料电池，其工作原理是将氢气 送到阴极，经过催化剂的作用，氢原子中的电子被分离出，并在阳极的吸引 下，经过外部电路产生电流，失去电子而形成的氢离子可以穿过质子交换膜， 2012 届广西城市职业学院毕业论文 8 在阳极与氧原子和电子重新结合为水。由于可以通过空气不断地获得氧气， 因此只要不断向阴极供氢，并能够及时将水带走，燃料电池便可以源源不断 的提供电能。这种供电方式具有能量转换效率高，不污染环境，使用寿命长 等突出优点，而受到汽车厂家普遍重视，技术进步明显，一旦电池成本下降， 加氢方式

14、和设备为商业运营商所接受，应用前景被普遍看好。 3 3、燃料电池的工作原理、燃料电池的工作原理。 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。 燃料电池与传统的发电方式相比,燃料电池的能量转换是直接的,不需要 经过热能转换这一环节,因此

15、发电效率比较高。其发电原理与其它化学电源 一样,在电池的阳极发生燃料的催化氧化反应,阴极发生氧化剂的催化还原反 应。电解质隔开阴阳极并提供质子迁移通道,电子通过外电路驱动负载做功, 这样就构成了电池负载回路。对外电路按原电池定义电池的阳极为正极,阴 极为负极。由于燃料电池的燃料和氧化剂不是贮存在电池内,而是贮存在电 池外部的储罐中。只要保证燃料供应,就能够持续不断的产生电能。当电池 运行时,燃料和氧化剂源源不断地送入电池,电化学反应后会有反应产物和部 2012 届广西城市职业学院毕业论文 9 分未反应的燃料和氧化剂排出,同时伴随有热量生成。 4 4、汽车燃料电池的特点、汽车燃料电池的特点。 4

16、 4、1 1 能量转化效率高。能量转化效率高。 燃料电池直接将燃料中化学能转换为电能,避免了化学能到热能,再到机 械能,然后到电能过程中的能量损失,具有高达 45% 60%的能量转换效率,如 果通过热电共生同时利用高温洁净热能,能量转换效率可以达到 80%。 4 4、2 2 环保。环保。 当氢为燃料时,燃料电池的副产物是水。这意味着燃料电池是“零排放” 。是燃料电池应用于汽车的最大优点,也是减少汽车尾气排放和在城市消除 废气的需要。 4 4、3 3 可靠性高。可靠性高。 燃料电池的基本原理非常简单,除了少数运动部件外,它的可靠性和持久 性都很高。模块设计,结构紧凑。设备可以模块化,尺寸灵活性大

17、,发电量易 于调节。 4 4、4 4 低噪音。低噪音。 燃料电池运动部件少,噪声很低。在汽车的燃料电池，运行起来噪声非 常小，坐在驾驶室里能很清晰的听到车外的情况。 5 5、汽车燃料、汽车燃料电池的未来。电池的未来。 关于中国汽车产业的现状，从两个角度来说，宏观角度与微观角度。宏 2012 届广西城市职业学院毕业论文 10 观上，中国在 2001 年 12 月 11 日加入了世界贸易组织，国外的厂商陆续进 入了中国市场，使得竞争进一步激烈；微观上，企业面临不得不降价的处境， 处在亏损的边缘。伴随着中国的改革开放，很多的国外企业进入了中国，搞 起了合资，本质上就是以技术换市场。这里面有大众，标致

18、，丰田，奔驰， 宝马等公司。根据 2000 年的资料显示，中国汽车市场份额中 97%属于合资企 业，而 20 多家国内企业仅仅占到了 3%的市场份额。可以说，中国的汽车企 业就是在夹缝中生存。 04 年中国汽车产量占世界总产量的 7.91%，销量占世界总销量的 8.41%。数字比较，我们知道中国是一个汽车进口的国家。理论上说，降低 关税有利于消费者的福利。但是进口的汽车大都是高档车，对于这一部分的 消费者来说，他们不在乎这辆车的价格，而是车子带来的社会地位。也就是 说更高的价格，会有相对少的人来买，这样就会使得这一产品在生活中比较 稀缺，使得消费者感到了更大的满足感。这是高档车所特有的虚荣效应

19、。 据统计资料显示，06 年 1-5 月份中国汽车销量排名前十位的企业销量 249，17 万辆，市场占有率是 83，77%，同比增长 0，59 个百分点。前十位 依次是：上汽，一汽，东风，长安，北汽，奇瑞，哈飞，广汽，吉利和江淮。 记得我们关注的是奇瑞与吉利两个企业，他们是中国自主研发企业的代表。 这两个企业的产品都是集中在低档车，而且在中国这样一个发展中国家的市 场里，低档车是大众需求的，是销量最好的。下面的资料也正说明了这一点， 奇瑞、吉利和华晨产销同比分别增长 72.15%、55.62%和 62.11%。 前些时间国际石油不断暴涨，引发车用油价格一路飙升。目前国内汽车 企业争相加入了氢燃

20、料电池汽车研究的行列,除了上汽、奇瑞等在“十五“期 2012 届广西城市职业学院毕业论文 11 间就参与研发的企业之外,北汽福田也已加入进来。另外上汽也从氢燃料电 池轿车领域进入到了客车领域。氢燃料电池客车研发方面,2002 年初,清华大 学作为牵头单位,与东风汽车公司、北京客车总厂等五家单位组成了总体组, 承担国家“十五“863 计划燃料电池城市客车研制项目。清华大学也成立了北 京清能华通科技发展有限公司作为产业化载体。 目前,国内最新的氢燃料电池客车最大速度达到 90 公里/小时,一次加氢 最大行驶里程达到 300 公里,发动机输出功率达到 100 千瓦。这与国际领先 水平相比还有较大差距

21、。 有关专家建议,中国已经自主研发出了燃料电池大客车,中国政府也投入 了很多资金。国外的燃料电池大客车价格很高,为了促进中国政策的制定和 相关标准法规的建立,建议中国的燃料电池大客车也能加入到示范运行的行 列中。在发动机、整车控制技术方面,国内的水平尽管与国际领先水平有差 距,但这不是发展氢燃料电池最主要的困难。关键的问题还在于氢燃料电池 和动力电池的寿命问题。 2001 年,上汽集团与通用汽车中国公司合资组建的上海泛亚汽车技术中 心,就以别克 GL8 为原型推出了一辆名为凤凰的燃料电池汽车。 2004 年,上汽与通用签订了清洁能源汽车战略合作框架协议,双方达成协 议:通用“氢动三号“氢燃料电

22、池汽车从 2005 年第一季度开始在中国进行为期 两年的示范运行。以通用汽车在 2002 年推出的“氢动三号“为基础,由泛亚汽 车技术中心在通用汽车北美和德国工程人员的指导下进行一系列整合工作, 并且泛亚汽车技术中心将负责此车日后的运行及维护。 2005 年中国燃料电池公共汽车商业化示范项目竞标时,通用汽车也曾支 2012 届广西城市职业学院毕业论文 12 持上汽集团参加该项目竞标,并提供当时通用汽车最先进的燃料电池驱动系 统。 2006 年 8 月 17 日，是我国燃料电池汽车研制进程中一个特别的日子， 由中科院大连化学物理研究所等自主研发的两辆燃料电池观光示范车，在大 连市的星海广场投入了

23、交车的试运行，中国的燃料电池汽车又前进了重要的 一步。 2007 年 11 月 15 日,中国燃料电池公共汽车商业化示范项目第二期启动, 将为上海招标采购 36 辆适合上海城市公交工况的燃料电池公共汽车,进行 为期两年的示范运行。 近几年，上海大众、一汽丰田等也相继有推出燃料电池汽车概念车型。 在燃料电池汽车这个领域里，奔驰和宝马汽车公司的研发成就比较突出。 5 5、1 1 汽车燃料电池能否大量投入市场使用。汽车燃料电池能否大量投入市场使用。 纵观中国燃料电池的产业化进程，可谓一路跌跌撞撞、步履蹒跚。直至 今天，尽管我们的燃料电池汽车还只能是为了“观光” ，而不能由寻常百姓 真正驾驶着开上通衢

24、长街，但我们依然无畏无惧，继续奋然前行。 就以上数据推断，汽车燃料电池每年都有新的突破，每年都会推出新的 成就，这样的发展速度，我估计在不远的将来肯定能，也必然能代替汽油的 发动机。无论从哪个角度去考虑，燃料电池都有优势代替其它的燃料。在当 今全球能源紧张、油价急剧波动的时代，寻找新能源作为化石燃料的替代品 是当务之急。再说燃料电池的优势明显，清洁、高效，得到各国政府企业的 大力支持，加上能源动力企业对燃料电池的发展信心十足，所以燃料电池未 2012 届广西城市职业学院毕业论文 13 来市场将有巨大的上升空间。我非常期待不远的将来可以亲自驾着燃料电池 动力汽车回母校一展风彩！ 2012 届广西

25、城市职业学院毕业论文 14 谢辞谢辞 首先，我深深地感谢我的指导老师段佳钢。在两年的学习中，段老师给 予我很多热情的鼓励和悉心的教导，本论文正是在他的指导和帮助下完成的。 在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我 明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过 正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就 打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与 人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。 总之，此次论文的写作过程，我收获了很多。此次论文的完成既为大学 三年划上了一个完美的句号，也为

26、将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。 再次深深感谢段佳钢老师的指导和关心，衷心祝愿段老师身体健康、家 庭幸福，事业蒸蒸日上！ 致此 敬礼！ 2012 届广西城市职业学院毕业论文 15 参考文献参考文献 11胡宁汽车文化北京理工大学出版社 199 至 260 页 2007 年版 22 满开美、张富兴.车用燃料电池发展的研究城市车辆 2010 年版 33胡军当代汽车报 第二版 2-1 2008 年版 44中国新能源网 2011 年版 55上海燃料电池汽车动力系统有限公司 2011 年版 2012 届广西城市职业学院毕业论文 16 广西城市职业学院广西城市职业学院 毕业论文（设计）任务书毕业论文（设

27、计）任务书 课题名称：燃料电池汽车发展与预测 开始日期 2011 年 12 月 1 日 完成日期 2011 年 12 月 20 日 答辩日期 年 月 日 分 院： 专 业： 年 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： （签字） 年 月 日 设计 2012 届广西城市职业学院毕业论文 17 题目 完成时间2011 年 11 月 10 日至 2011 年 1 月 20 日 题目类型理论研究 应用研究 设计开发 其它 设计目的 主要内容 （300-500 字） 2012 届广西城市职业学院毕业论文 18 预期成果 任务完成的阶 段内容及时间 安排 学生签名： 年 月 日 2012 届广西城市职业学院毕

28、业论文 19 指导教师 审核意见 签名： 年 月 日 附件 3： 广西城市职业学院毕业论文广西城市职业学院毕业论文( (设计设计) )答辩成绩登记表答辩成绩登记表 设计（论 文）题目 答辩 时间 年 月 日 分院 专业 班级 学 生 姓 名 评 分 项 目 评 分 标 准 分 值 答辨 老师 1 答辨 老师 2 答辨 老师 3 答辨 老师 4 答辩时间 及阐述能 力 在规定时间内能简明扼要、 重点突出地阐述论文的主 要内容。 30 2012 届广西城市职业学院毕业论文 20 答辩 能力 答辩时叙述和回答问题较 流畅，回答各种问题无原 则错误，表达能力强。 30 综合 能力 基础理论扎实，能熟练

29、地 掌握和运用有关理论，综 合分析解决问题能力强， 论证充分，有自己的独立 见解和一定的创新性。 40 合 计 100 平 均 分 论文答辩实得分 答辨老师签名：答辨老师签名： 1、 2、 3、 4、 答辨小组组长签名：答辨小组组长签名： 年年 月月 日日 附件 4： 广西城市职业学院广西城市职业学院 毕业论文（设计）指导记录毕业论文（设计）指导记录 填写说明：由指导教师填写与学生见面、电话、网上指导的主要内容。 2012 届广西城市职业学院毕业论文 21 第一次指导记录： 填写时间：20 年 月 日 教师签 名 学生签 名 第二次指导记录： 填写时间：20 年 月 日 教师签 名 学生签 名

30、 第三次指导记录： 填写时间：20 年 月 日 教师签 名 学生签 名 2012 届广西城市职业学院毕业论文 22 注注：本表一式二份，分别存于教务处、教研室。 广西城市职业学院毕业设计（论文）评阅审核表 设计 （论文） 题目 字 数 学号姓名班级联系电话E-mail 地址学 生 信 息 指导教师 提交书面资料（作品）提交电子文件资料 编号资料名称 编 号 文件名称文件说明 11 22 33 44 55 附件 5： 2012 届广西城市职业学院毕业论文 23 特殊 说明 指导教师审核 指导教师填写 编号审核项目实际情况 1 毕业设计（论文）文档资料是 否完整 2 毕业设计（论文）是否达到预 期目标 2012 届广西城市职业学院毕业论文 24 指导教师： （签名） 年 月 日 指 导 教 师 评 阅 意 见 评阅成绩（百 分制） 是否提交答 辩 答 辩 小 组 意 见 答辩小组组长： （签名） 年 月 日 2012 届广西城市职业学院毕业论文 25 答辩成绩（百 分制） 最终成绩 （指导教师所给成绩和答辩小组 所给成绩各占 50%） 分 院 意 见 负责人： （签名） （公章） 年 月 日 教务处审核审核意见 负责人： （签名） （公 章） 年 月 日 注注：本表一式三份，分别存于教务处、分院、学生个人档案。