《电动汽车工程手册第三卷燃料电池电动汽车设计》涵盖了燃料电池堆、燃料电池发动机、燃料电池电动汽车车载供氢、燃料电池电动汽车动力系统、燃料电池轿车、燃料电池商用车等内容，全面介绍了从燃料电池关键材料、零部件、发动机系统、储氢系统、动力系统直至整车的相关技术。
本手册旨在梳理电动汽车现有技术成果、推进电动汽车产业链全面发展，不仅可以为高等院校、汽车研究机构和企业工程技术人才培养提供非常有价值的教材和参考资料，而且可以直接服务于电动汽车产业的自主创新，希望能够对深入推进供给侧结构性改革、提高我国电动汽车产业研发自主创新能力、提升自主品牌零部件和整车企业的竞争力、培育汽车产业新动能做出贡献。
目 录
《电动汽车工程手册》指导委员会
《电动汽车工程手册》编撰委员会
《电动汽车工程手册》出版委员会
序
前言
本卷编写与审稿人员
本卷前言
1.1术语1
1.2无碳排放与氢燃料2
1.2.1出行与能源需求2
1.2.2温室效应及其危害3
1.2.3无碳燃料与氢燃料4
1.3氢能源产业链4
1.3.1氢气基本物理性质4
1.3.2氢气来源与生产5
1.3.3氢气存储8
1.3.4氢气运输8
1.3.5车载氢燃料气的加注9
1.4燃料电池作为汽车动力源11
1.4.1燃料电池种类11
1.4.2汽车对化学动力源的需求 12
1.4.3车用氢能源的效率13
1.5质子交换膜燃料电池基本原理14
1.5.1基本工作原理14
1.5.2氢燃料电池的能量转换16
1.5.3能量转换中的损失18
1.5.4燃料电池能量转换效率20
1.6国外燃料电池汽车发展史21
1.6.1创新探索阶段21
1.6.2原理验证阶段21
1.6.3技术攻关阶段21
1.6.4市场切入阶段22
1.6.5商业应用阶段22
1.7中国燃料电池汽车发展24
1.7.1技术攻关阶段24
1.7.2示范应用阶段24
1.7.3商业化应用阶段24
参考文献25
2.1术语27
2.1.1膜电极部分27
2.1.2燃料电池堆部分28
2.2性能参考指标30
2.2.1燃料电池膜电极的性能及指标要求30
2.2.2燃料电池双极板的性能及指标要求31
2.2.3燃料电池堆的性能及指标要求32
2.3燃料电池堆结构32
2.4膜电极33
2.4.1催化剂33
2.4.2质子交换膜38
2.4.3气体扩散层41
2.4.4膜电极组件42
2.5双极板45
2.5.1双极板定义及功能45
2.5.2双极板技术要求45
2.5.3双极板分类46
2.5.4双极板流场49
2.6端板与集流体53
2.6.1端板53
2.6.2集流体57
2.7电堆密封58
2.7.1密封要求59
2.7.2密封材料59
2.7.3密封结构形式60
2.8电堆组装62
2.8.1组装尺寸确定62
2.8.2紧固形式63
2.8.3电堆合格检测条件64
2.9典型的商业化燃料电池堆65
2.9.1典型的石墨板和复合板电堆65
2.9.2典型的金属双极板电堆66
参考文献66
3.1燃料电池发动机基本概念71
3.1.1术语及概念71
3.1.2燃料电池系统原理介绍73
3.1.3子系统构成及作用73
3.2空气供应子系统74
3.2.1空气供应子系统简介74
3.2.2燃料电池专用空压机75
3.2.3加湿器78
3.2.4中冷器80
3.2.5调节阀80
3.3氢气供应子系统80
3.3.1氢气供应子系统简介80
3.3.2氢气循环原理81
3.3.3氢气压力调节及流量控制装置83
3.3.4燃料电池氢气循环技术进展84
3.4水热管理子系统88
3.4.1水热管理子系统简介89
3.4.2燃料电池堆热平衡90
3.4.3燃料电池堆水平衡90
3.4.4冷却水泵91
3.4.5散热器组件92
3.4.6节温器94
3.4.7冷却液96
3.5控制子系统97
3.5.1控制子系统简介97
3.5.2单电池电压巡检97
3.5.3燃料电池进气系统控制策略99
3.5.4湿度调节103
3.5.5燃料电池堆温度调节105
3.5.6燃料电池堆故障检测与报警107
3.5.7 燃料电池阳极出口排气策略研究108
3.6 燃料电池发动机性能指标109
3.6.1 动力性109
3.6.2经济性110
3.6.3动态响应特性110
3.6.4功率品质111
3.6.5环境适应性111
3.6.6可靠性112
3.6.7耐久性112
3.6.8安全性112
3.6.9噪声及排放114
参考文献116
4.1术语119
4.2概述121
4.2.1供氢系统形式122
4.2.2氢的特性123
4.3车载高压供氢系统125
4.3.1设计基本要求125
4.3.2系统选用基本要求127
4.3.3 系统功能及组成128
4.3.4系统安装要求143
4.3.5零部件设计开发要素相关试验144
4.3.6成本分析149
4.3.7系统加注153
4.3.8应用155
4.4车载高压储氢瓶160
4.4.1储氢瓶国内外发展过程160
4.4.2储氢瓶结构与类型162
4.4.3储氢瓶设计162
4.4.4储氢瓶制造工艺163
4.4.5储氢瓶在燃料电池汽车中的应用165
4.5车载金属吸附储氢系统165
4.5.1金属氢化物储氢装置国内外发展过程165
4.5.2金属氢化物储氢装置结构与类型167
4.5.3车载金属氢化物储氢装置设计171
4.5.4金属氢化物储氢装置在燃料电池车辆中的应用176
4.6车载有机溶质储氢系统180
4.6.1有机液体储氢材料技术简介180
4.6.2有机液体储氢技术原理介绍180
4.6.3有机液体储氢技术研究及车载有机液体供氢系统应用
进展182
4.7车载液化氢储存系统183
4.8车载重整制氢系统184
4.9车载供氢系统氢安全185
4.9.1氢的危险性185
4.9.2氢安全设计188
参考文献191
5.1术语195
5.2燃料电池动力系统构型197
5.2.1单一燃料电池构型197
5.2.2燃料电池+动力蓄电池构型198
5.2.3燃料电池+超级电容构型201
5.2.4燃料电池+动力蓄电池+超级电容构型201
5.3燃料电池动力系统关键部件介绍202
5.3.1燃料电池202
5.3.2蓄电池206
5.3.3电机209
5.3.4DC/DC变换器212
5.4先进燃料电池动力系统介绍213
5.4.1丰田213
5.4.2本田214
5.4.3现代215
5.4.4奔驰216
5.5燃料电池汽车动力系统性能表征217
5.5.1动力性217
5.5.2经济性218
5.5.3耐久性219
5.5.4可靠性220
5.5.5环境适应性221
5.5.6安全性222
5.6动力系统关键部件参数匹配225
5.6.1参数匹配流程225
5.6.2驱动电机参数匹配225
5.6.3 蓄电池参数匹配231
5.6.4燃料电池发动机参数匹配233
参考文献236
6.1 术语239
6.2燃料电池轿车性能240
6.2.1动力性240
6.2.2经济性242
6.2.3环境适应性243
6.2.4耐久性245
6.2.5可靠性245
6.3动力总成参数匹配246
6.3.1初始条件及工况选择246
6.3.2关键总成选取247
6.3.3电机参数的选择249
6.3.4 燃料电池系统参数的选择251
6.3.5动力蓄电池组参数的选择251
6.4燃料电池轿车结构布置252
6.4.1燃料电池轿车主要部件布置252
6.4.2燃料电池轿车布置方式对整车影响255
6.5燃料电池轿车电气系统256
6.5.1整车高压电气架构256
6.5.2整车CAN总线259
6.5.3系统电气架构260
6.6燃料电池轿车安全261
6.6.1车载供氢系统的安全261
6.6.2高压安全263
6.7燃料电池轿车热管理264
6.7.1燃料电池冷却系统264
6.7.2电机冷却系统266
6.7.3动力蓄电池冷却系统266
6.7.4空调系统268
6.7.5发动机舱气流分析269
6.8燃料电池乘用车试验验证270
参考文献272
7.1术语273
7.2燃料电池商用车性能274
7.2.1燃料电池公交客车性能274
7.2.2燃料电池公路客车性能275
7.2.3燃料电池物流车性能276
7.3燃料电池商用车动力总成参数匹配276
7.3.1公交客车动力系统构型及匹配设计276
7.3.2公路客车动力系统构型及匹配设计278
7.3.3物流车动力系统构型及匹配设计278
7.4燃料电池商用车结构布置279
7.4.1公交客车总布置设计280
7.4.2公路客车总布置设计281
7.4.3物流车总布置设计281
7.5燃料电池商用车电力电子系统282
7.5.1公交客车电力电子系统282
7.5.2公路客车电力电子系统284
7.5.3物流车电力电子系统284
7.6燃料电池商用车安全284
7.6.1公交客车安全设计284
7.6.2公路客车安全设计287
7.7燃料电池商用车热管理287
7.7.1公交客车综合热管理287
7.7.2公路客车综合热管理290
7.7.3物流车综合热管理291
7.8燃料电池商用车试验验证292
参考文献293
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