燃料电池车和纯电动车哪个技术在未来更加被看好？ - 知乎26被浏览4733分享邀请回答tv-tokyo.co.jp/mv/wbs/newsl/post_84980/167 条评论分享收藏感谢收起4添加评论分享收藏感谢收起查看更多回答您当前位置:
丰田氢燃料电池车Mirai试驾 费用0.52元/公里
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发表我的评论热值大的优点．在标准大气压下，3kg氢气完全燃烧放出的热量，若氢气灶的热效率为80%，则可将1000kg的水从20℃加热到沸腾．[已知氢气的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg?℃）]．
科目：初中物理
上海大众汽车有限公司负责制造的20辆氢燃料电池轿车，作为公务用车在北京奥运中心区投人运营．用氢气作燃料的优点是无污染、热值大．1Kg氢气完全燃烧放出的热量为1.4×108J，相当于完全燃烧4.67kg的标准煤所释放的能量（标准煤的热值为3.0×107J/kg，保留两位小数）．
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摘要：考察不同充电SOC（荷电状态StateofCharge的缩写）下的磷酸铁锂电池循环性能。实验结
电池成分磷酸铁锂电池锂钴电池锂锰电池锂钴镍电池C-LiFePO4LiCoO2LiMn2O4Li(NiCo)O2安全性及环保
  　低温拍摄时，由于长期在低温环境下，相机的锂电池可能会失效，所以要尽量保
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氢燃料电池汽车离我们还有多远
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& & & 一些汽车工程师总会说，氢气是清洁燃料，氢燃料电池汽车将是爱车族的新宠。然而就目前来说，氢燃料电池汽车的普及仍然遥遥无期。
& & &&氢燃料电池是零排放的
& & &&氢气，不含有碳元素成分，燃烧时不会产生碳基温室气体，起码在发动机内部不会，这是汽油、柴油、煤油、天然气和其他碳氢化合物燃料都不具有的优点，也是它作为运输能源的魅力所在。虽然如此，如果氢气燃烧时使用空气而不是纯氧作为氧化剂，氢气燃烧时仍然会产生有害氮氧化物，这一点上，它与化石燃料没有本质区别。就气体的有害性而言，氮氧化物比二氧化碳更加可怕。
& & &&正因如此，尽管氢气内燃机曾一度被认为如投入生产将比其他环保技术便宜，改进型氢气燃料内燃机还是被多数科技人员放弃了。宝马公司曾经制造了数辆氢动力超级跑车，但结果却发现这些车并不比使用了催化转化器的旧车&清洁&多少。
& & &&因此，科研人员将工作重点转到了研发氢燃料电池上。氢燃料电池是利用化学反应来提取氢气的能量，而不是利用燃烧氢气来获取能量。氢燃料电池产生能量的过程与电解水完全相反：电解水是将水分解成为氢气和氧气，氢燃料电池是让这两种气体发生电化学反应，在电化学反应过程中，能产生出水与电流。氢燃料电池对外排放出的只是水蒸气和热量。
& & & 燃料电池结构很简单，车载质子膜交换型氢燃料电池有一个正电极和一个负电极。这两个电极被电解质隔开，该电解质是一种铂钯催化剂包裹下的聚合物膜；氢气被气泵从燃料箱输送到燃料电池正电极一侧，燃料电池的负电极一侧则充满了从空气中提取的氧气。
& & & 在氢气从正电极向负电极移动的过程中，催化剂从氢原子里提取电子，只让氢离子（质子）向负电极移动，氢离子在进入负电极区域后，与氧原子发生化学反应，形成水分子。那些被质子膜排斥的电子被转移到外部电路上，电子在从正电极向负电极移动的过程中，为连接在电路上的设备做功（为加热器、电动机、车灯等设备供电）。由于一个氢气质子膜交换电池的输出电压不足1伏，科技人员得将多个氢气质子膜交换电池连接起来，才能形成有用的输出电压，这让氢燃料电池组的外形看起来像切片面包。
& & & 氢燃料电池的效率比内燃机高出三至四倍。更重要的是，使用氢燃料电池的汽车属于电动汽车，却不用安装沉重的电池。因此，氢燃料电池的这种特点解决了普通电动汽车的两大问题：有限的行驶里程和较长的充电时间。只需将油箱加满氢气，氢燃料电池汽车的行驶里程能超过480公里，而将氢气油箱加满最多只需5分钟。而且，与电池电动汽车一样，氢燃料电池汽车也属于零排放汽车。
& & & 制造氢气并不环保
& & &&在美国，对于汽车制造厂商而言，汽车零排放是他们向相关州政府机构汇报的重要指标（特别是加利福尼亚州空气资源局），于是，厂商以此来表明他们正不遗余力地实现&零排放汽车&的目的。但电池动力的电动汽车行驶里程十分有限，充电时间太长，这让各州政府机构对其越来越失望，即便是将电池价格下降一半，行驶里程翻一番，仍然很难达到他们的要求。
& & &&相比之下，虽然氢燃料电池汽车看起来更像常规汽车，却能帮助汽车生产厂商更接近新法规定的强制要求。按照加利福尼亚州政府的规定，最新的清洁空气法规将于2025年实行，有人估计到那时，加利福尼亚州的零排放汽车的累积销量至少为150万辆。仅在一个平常年份，加利福尼亚州的新车销量就有170万辆。这意味着：为了达到加利福尼亚州政府制定的目标，从现在到2025年这段时间里，零排放汽车的销量至少要占到全部新车年销量的15%。
& & &&包括纽约州、康涅狄格州和曼切斯特州在内的美国其他七个州也制定了与加利福尼亚州政府类似的法规。上述八个州每年新车销量占到了全美新车销量的四分之一，这可是人尽皆知的事情。
& & &&人们注意到另一个现象就是燃料电池的成本在不断下降。尽管有人为研发锂电池技术投入了数十亿美元资金，但研发进程仍然相当缓慢，锂电池的价格仍然为每千瓦约2000美元，这个价格可不低。要知道，锂电池主要用于插电式电动汽车，是其动力装置的核心部件。与锂电池的价格相比，氢燃料电池的价格就不显得高得离谱了：2007年，本田汽车公司对外公布了100千瓦本田克拉里蒂氢燃料电池汽车，其氢燃料电池组价格为每套35万美元，平均1千瓦3500美元。这样也难怪本田公司有能力制造了200辆本田克拉里蒂来让公众试驾。
& & &&过去的六年时间里，汽车制造厂商将实验型氢燃料电池组的制造成本下调了一半，目前，氢燃料电池的价格每千瓦低于1500美元。按照美国能源部的估计，假如氢燃料电池不是手工制造，而是进行数以万计的大规模制造，其制造成本将低于每千瓦50美元，与当前的内燃机制造成本相当。
& & &&质子膜交换型氢燃料电池使用铂和钯这两种贵金属作为催化剂，这是其无法大规模普及的另一个障碍。科研人员唯有找到一种性质与铂和钯化学催化性质相同，并且不容易被氢气燃料杂质（如一氧化碳）破坏的新型催化剂，这一问题才能得到解决。科研人员已经在铁基催化剂方面取得了一些进展，但铁基催化剂的活性太低，不具有实用性。另一方面，要是将铂-钯催化剂的催化活性提高，单个氢燃料电池的铂-钯催化剂用量就能降下来，氢燃料电池也能进行商业应用。现在，两种降低氢燃料电池催化剂成本的方法都在研究之中，在接下来的10年内，人们应当能见到这些科研结果。
& & &&即便上述问题都得到了解决，氢燃料电池汽车还是无法得到大规模的运用。首先，氢气燃料的供应是个问题，必须在全国范围内建好氢燃料运输基础设施，氢燃料电池汽车才能进入普通顾客的车库。美国已经在其国内建好了约100个氢气加气站，但对公众开放的氢气加气站还不到12个，其他加气站只是为工业、军队、政府机关和科研单位提供专门氢气供应。
& & &&加利福尼亚州政府批准了一个氢气加气站十年投资计划，按照该计划，亚州政府将在未来十年里，每年为建设公众氢气加气站拨款2000万美元。照此推算，仅在全美建设氢气加气站网络的成本就将高达200亿美元。但有一份研究报告指出，如果将氢气加气机普及程度提高到加油泵的普及程度，美国政府至少能节省5000亿美元。
& & &&接下来就是氢气来源的问题。现在，工业用氢（通常被用作炼油原料、化工原料、电子工业原料和食品工业原料）的生产方式是将水蒸气注入天然气，让天然气的分子结构重组，从而得到氢气。这种氢气制造方式并不环保。按照设在科罗拉多州的美国国家可再生能源实验室的说法，使用蒸汽重组法每生产1公斤氢气，将产生11.9公斤二氧化碳。如果按照本田克拉里蒂氢燃料电池汽车的能耗来计算，每行驶1公里，就相当于将108克二氧化碳排入大气中。
& & &&短期内不能淘汰燃油发动机
& & &&与之相比，大众化小型柴油轿车的二氧化碳排放量为每公里90克。仅从二氧化碳排放量来看，即便是配置汽油发动机的丰田普锐斯混合动力汽车，其二氧化碳排放量为每公里104克，也比使用氢燃料电池的本田克拉里蒂要环保一些。必须承认，化石燃料的采油过程、提炼过程和运输过程也会向大气排放二氧化碳，但随着时间的推移，使用化石燃料的内燃机正变得越来环保。从钻井平台到汽车油箱，二氧化碳排放量在化石燃料的整个使用过程中正在逐渐减少；换句话讲，变得越来越环保的常规汽车无形之中给所谓的零排放汽车施加了不少压力。
& & &&一旦加利福尼亚州和其他州的汽车零排放法规生效，蒸汽重组法氢气生产方式将被禁止，因为该生产方式虽然生产成本低，但污染严重。人们只能使用电解水方式生产氢气，此生产方式用电流将水分解成氢气和氧气，整个生产过程不会排放温室气体，虽然其环保性好，成本却较高。此外，为达到整个生产过程都不产生温室气体的效果，电解水的电力只能来自于像风电、太阳能电力、水电和核电这些没有二氧化碳排放的能源。
& & &&不幸的是，这些可再生能源并没有能够很好地普及。同时，全球可开发的水电资源也所剩无几。从长远来看，唯有核电是最好的选择。
& & &&汽车制造厂商一再强调：在缺少清洁电力资源的情况下，如果强行要求厂商制造插电式电动汽车和氢燃料电池汽车这样的零排放汽车，只会加重污染。可以说，氢燃料电池汽车的普及仍将遥遥无期。[发明专利]燃料电池系统有效
申请/专利权人：
公开/公告号：CNB
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【说明书】：
并且，循环流路32中设有氢泵39，对循环流路32内的废氢气加压并送出到氢供给流路31一侧。此外，经由排气排水阀37及排出流路38排出的废氢气被稀释器40稀释后与排气流路23内的氧化废气合流。控制装置4检测设置在车辆上的加速操作装置(加速踏板等)的操作量，接收加速要求值(例如来自牵引电机12等的负载装置的要求发电量)等控制信息，以控制系统内的各种设备的动作。此外，所说的负载装置，除了牵引电机12之外，是包括以下装置的耗电装置的总称：使燃料电池10工作所需的辅机装置(例如压缩机24、氢泵39、冷却泵的电机等)、与车辆行驶相关的各种装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)中使用的致动器、乘员空间的空调装置(空调)、照明装置、音响等。控制装置4由未图示的计算机系统构成。上述计算机系统具有CPU、ROM、RAM、HDD、输入输出接口及显示器等，通过CPU读入存储在ROM中的各种控制程序并执行所需的运算，从而进行下述反馈控制、排气控制等处理及控制。具体而言，如图2所示，控制装置4根据由电流传感器13检测出的燃料电池10的发电电流值计算出由燃料电池10消耗的氢气的流量(以下称为“耗氢量”)(燃料消耗量计算功能：B1)。在本实施方式中，利用表示发电电流值和耗氢量的关系的特定计算式，按照控制装置的计算周期计算并更新耗氢量。并且，控制装置4根据燃料电池10的发电电流值计算出提供到燃料电池10的氢气的喷射器下游位置处的目标压力值(目标压力值计算功能：B2)。在本实施方式中，利用表示发电电流值和目标压力值的关系的特定映射图，按照控制装置4的计算周期计算目标压力值。并且，控制装置4计算所算出的目标压力值与由压力传感器43检测出的喷射器35的下游位置的压力值(检测压力值)的偏差(压力差计算功能：B3)。并且，为了减小所算出的偏差，控制装置4进行作为反馈校正流量的P项(比例项)的计算(P项计算功能：B4)及I项(积分项)的计算(I项计算功能：B5)。即，在本实施方式中，利用目标追踪型的PI控制来计算反馈校正流量。并且，控制装置4对上述耗氢量和燃料电池10内产生的交叉泄漏量的相加值上再加上上述P项，并在此相加值上乘以上述I项，从而计算出喷射器35的喷射流量(喷射流量计算功能：B7)。也可如下进行计算：计算出在喷射器35的下游位置处上次计算出的目标压力值和此次计算出的目标压力值的偏差，进而计算出与该偏差对应的前馈校正流量(前馈校正流量计算功能)，将该前馈校正流量加到上述相加值(＝耗氢量+交叉泄漏量+P项)上，并在该相加值上乘以上述I项，从而计算出喷射器35的喷射流量。上述情况下的前馈校正流量是因目标压力值变化所引起的氢气流量的变动部分(目标压力变动校正流量)，例如使用表示目标压力值的偏差和前馈校正流量的关系的特定计算式，按照控制装置的计算周期进行更新。交叉泄漏量是从燃料电池10内的燃料气体路径(阳极侧)经由电解质膜渗透到氧化气体流路(阴极侧)的氢气的量，在本实施方式中，根据喷射器35的下游位置处的氢气的压力值(压力传感器43的检测压力值)进行计算(交叉泄漏量计算功能：B6)。具体而言，使用表示喷射器35的下游位置处的氢气的压力值和交叉泄漏量的关系的特定映射图来计算交叉泄漏量。另一方面，控制装置4根据喷射器35的上游的气体状态(由压力传感器41检测出的氢气的压力及由温度传感器42检测出的氢气的温度)，计算出喷射器35的上游的静态流量(静态流量计算功能：B8)。在本实施方式中，使用表示喷射器35的上游侧的氢气压力及温度与静态流量的关系的特定计算式，按照控制装置4的计算周期计算并更新静态流量。控制装置4用上述喷射器35的喷射流量除以上述静态流量(Duty计算功能：B9)，并在所得到的值上乘以喷射器35的驱动周期，从而计算出喷射器35的基本喷射时间(基本喷射时间计算功能：B10)，并且在该基本喷射时间上加上下述的无效喷射时间，从而计算出喷射器35的总喷射时间(总喷射时间计算功能：B12)。该驱动周期是指表示喷射器35的喷射孔的开关状态的阶梯状(开、关)波形的周期，在本实施方式中，通过控制装置4将驱动周期设定为一定值。无效喷射时间是指喷射器35从控制装置4接收控制信号到实际开始喷射为止所需的时间，在本实施方式中，使用表示喷射器35的上游侧的氢气压力、喷射器35的基本喷射时间、该无效喷射时间的关系的特定映射图，按照控制装置4的计算周期计算并更新无效喷射时间(无效喷射时间计算功能：B11)。控制装置4，通过输出用于实现按照以上顺序算出的喷射器35的总喷射时间的控制信号，来控制喷射器35的气体喷射时间及气体喷射期间，并调整提供给燃料电池10的氢气的流量及压力。并且，控制装置4进行喷射器35的反馈控制(使喷射器35的下游位置的检测压力值追踪预定目标压力值的、喷射器35的气体喷射时间及气体喷射期间的控制)的同时，进行清除控制(排气排水阀37的开关控制)，从而将循环流路32内的水分及废氢气从排气排水阀37排出到外部。在该清除控制中，控制装置4推测出来自打开的排气排水阀37的废氢气的总排出量。并且，在进行推测时，使用喷射器35的喷射流量推测值Qinj，因此控制装置4将对上述耗氢量、上述P项及上述交叉量的相加值进行预定的单位换算所得到的值，推测为喷射器35的喷射流量推测值Qinj(喷射流量推测功能：B21)。并且，例如当伴随该清除控制而工作的排气排水阀37中有异物进入时，即使对处于打开状态的排气排水阀37进行关闭控制，其也仍保持打开状态，即产生所谓打开异常时，应循环到燃料电池10的燃料(氢气)被白白排出到外部，因此控制装置4在燃料电池10运转过程中监控有无排气排水阀37的打开异常。具体而言，设通过上述喷射流量计算功能B7计算出的喷射器35的喷射流量、即对喷射器35的基于PI控制法则的气体供给指令量为Qreq，设通过上述燃料消耗量计算功能B1计算出的耗氢量、即燃料电池10的燃料气体消耗量为Qfc，设通过上述交叉泄漏量计算功能B6计算出的燃料电池10内的从阳极侧到阴极侧的交叉泄漏量为Qcl时，根据喷射流量增加量计算功能B31中通过公式Qinc＝Qreq-(Qfc+Qcl)计算出的喷射器喷射流量增加量(气体供给量增加量)Qinc，监控排气排水阀37的打开异常。控制装置4在该喷射器喷射流量增加量Qinc超过预定的第1阈值的状态持续了预定时间时，判断为排气排水阀37中发生打开异常(检测出打开异常)，并且为了试着从打开异常状态恢复到正常状态，对该排气排水阀37多次反复进行开关驱动控制(打开异常解除控制)。接着参照图3及图4的时间图说明燃料电池系统1的打开异常解除控制。在图3的时间图中，图3(a)表示排气排水阀37正常及异常(打开异常)的状态，图3(b)表示由二次侧压力传感器43检测出的喷射器35的出口压力，图3(c)表示由喷射流量增加量计算功能B31计算出的喷射器喷射流量的增加量，图3(d)表示喷射器喷射流量发生增加异常时、即排气排水阀37中发生打开异常时的喷射器喷射流量增加异常图表。并且，在图4的时间图中，图4(a)和图3(d)一样表示喷射器喷射流量增加异常图表，图4(b)表示控制装置4对排气排水阀37的开关指令，图4(c)和图3(b)一样表示由二次侧压力传感器43检测出的喷射器35的出口压力，图4(d)表示强制间歇运转造成的氢泄漏的检测驱动指令，图4(e)表示排气排水阀37中发生打开异常的诊断代码，图4(f)表示喷射器喷射流量中发生增加异常的诊断代码，图4(g)表示通过控制装置4对压缩机24的驱动而进行控制的稀释器40中的最低氧化废气量(稀释器最低空气量)。控制装置4在排气排水阀37中发生打开异常(t1时刻)到开始进行打开异常解除控制(t3时刻)为止，进行通常的清除控制。控制装置4通过通常的清除控制对排气排水阀37进行开关控制，换言之，接通对排气排水阀37的打开指令，进一步，换言之，发出以打开保持电流向该螺线管通电的指令，该打开保持电流可利用向螺线管通电而得到的电磁驱动力保持使阀体与阀座分离的打开状态，在经过预定时间后对排气排水阀37进行开关控制，换言之，断开对排气排水阀37的打开指令，进一步，换言之，在发出切断对螺线管的通电的指令，或发出以无法由电磁驱动力保持使阀体与阀座分离的状态的电流向螺线管通电的指令时，异物进入到排气排水阀37，即使对处于打开状态的排气排水阀37进行关闭控制，也仍然保持打开状态而无法关闭，当产生这种打开异常时，通过喷射流量增加量计算功能B31计算出的喷射器喷射流量增加量Qinc如图3(c)所示地持续上升。此时，控制装置4监控喷射器喷射流量增加量Qinc，当排气排出阀37中产生打开异常、该喷射器喷射流量增加量Qinc超过正常情况下不会产生的预定检测阈值(第1阈值)X1时(t2时刻)，等待经过预定的待机时间T1(t3时刻)。并且，控制装置4在喷射器喷射流量增加量Qinc超过检测阈值X1后并经过了待机时间T1时，判断为喷射器35的喷射流量产生增加异常，将图3(d)所示的喷射器喷射流量增加异常标志从“OFF”设定为“ON”。
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