【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。(3) 恒壓充電法充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。 (4) 恒壓限流充電法為了克服恒壓充電法中初期電流過(guò)大，而使充電設(shè)備不能承受的缺點(diǎn)，常采用恒壓限流充電法來(lái)代替恒壓充電法。在充電第一階段，用恒定的電流充電；在蓄電池電壓達(dá)到一定電壓后，維持此電壓恒定不變，轉(zhuǎn)為第二階段的恒壓充電過(guò)程；當(dāng)充電電流下降到一定值后，繼續(xù)維持恒壓充電大約一小時(shí)即可停止充電。2．蓄電池快速充電法(1) 蓄電池快速充電的原理蓄電池的化學(xué)反應(yīng)原理是制定快速充電方法的依據(jù)?？焖俪潆娨敕皆O(shè)法加快蓄電池的化學(xué)反應(yīng)速度(提高充電電壓或電流等)，使之充電速度得到最大的提高；快速充電又要保證負(fù)極的吸收能力，使負(fù)極的吸收能力能夠跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度，同時(shí)要盡可能的消除蓄電池的極化現(xiàn)象。這一原理也表明，蓄電池的快速充電的速度是有上限的，不可能無(wú)限制的提高蓄電池的充電速度。(2) 幾種快速充電方法1) 脈沖式充電法脈沖充電法首先是用脈沖電流對(duì)蓄電池充電，然后停充一段時(shí)間，如此循環(huán)。 2) 變電流間歇充電法變電流間歇充電法是建立在恒流充電和脈沖充電基礎(chǔ)上。其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段，獲得過(guò)充電量，將蓄電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。3) 變電壓間歇充電法變電壓間歇充電法如圖所示。與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。 蓄電池的性能測(cè)試 2（1）蓄電池充電性能測(cè)試蓄電池充電性能主要是指充電效率、充電最高電壓和耐過(guò)充能力等。①充電效率是指電池在充電時(shí)充入電池的電能與所消耗的總電能之比，以百分?jǐn)?shù)表示。充電電流的大小、充電方法、充電時(shí)的溫度直接影響到充電效率。充電效率高表示電池接受充電的能力強(qiáng)，一般充電初期充電效率較高，接近100%，充電后期由于電極極化增加，充電效率下降，電極上伴隨有大量的氣體析出。②充電最高電壓是指在充電過(guò)程中電池所能達(dá)到的最高電壓。充電電壓越低，說(shuō)明電池在充電過(guò)程中的極化就越小，電池的充電效率就越高，電池的使用壽命就有可能更長(zhǎng)。蓄電池應(yīng)具有良好的耐過(guò)充能力，即使電池處于極端充電條件下，也能擁有較為優(yōu)良的使用性能。（2）蓄電池放電性能測(cè)試電池的放電性能受放電時(shí)間、電流、環(huán)境溫度、終止電壓等因素影響，電池的放電方法有恒流放電、恒阻放電、恒壓放電、恒壓恒流放電、連續(xù)放電和間歇放電等，其中恒流放電是最常見(jiàn)的放電方法。放電電流的大小直接影響到電池的放電性能，在標(biāo)注電池的放電性能時(shí)，應(yīng)標(biāo)明放電電流的大小。電池的工作電壓是衡量電池放電性能的一個(gè)重要指標(biāo)，放電曲線反映了整個(gè)放電過(guò)程中工作電壓的變化過(guò)程，是一個(gè)變化的值，因此，一般以中點(diǎn)電壓來(lái)表示工作電壓的大小。中點(diǎn)電壓是指額定放電時(shí)間中點(diǎn)時(shí)刻電池的工作電壓，主要用來(lái)衡量大電流放電系列電池高倍率放電的能力。蓄電池的充放電性能可用電池充放電性能測(cè)試儀來(lái)測(cè)試。電池容量的測(cè)試方法與電池放電性能的測(cè)試方法基本相同，有恒流放電、恒阻放電、恒壓放電、恒壓恒流放電、連續(xù)放電和間歇放電等。根據(jù)放電的時(shí)間和電流的大小可以計(jì)算電池的容量。對(duì)于恒流放電，電池容量等于放電電流和放電時(shí)間的乘積。恒流放電的電池容量不僅與放電電流有很大關(guān)系，而且與放電溫度、充電制度、擱置時(shí)間等也有關(guān)系。電池容量可以用專(zhuān)用的蓄電池容量檢測(cè)儀測(cè)試。電池壽命是衡量電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱(chēng)為蓄電池的循環(huán)壽命。影響蓄電池循環(huán)壽命的因素有電極材料、電解液、隔膜、制造工藝、充放電制度、環(huán)境溫度等，在進(jìn)行壽命測(cè)試時(shí)，要嚴(yán)格控制測(cè)試條件。通常是在一定的充放電條件下進(jìn)行循環(huán)，然后檢測(cè)電池容量的衰減，當(dāng)蓄電池容量小于額定容量的80%（不同的電池有不同的規(guī)定，鋰離子電池是80%）終止實(shí)驗(yàn)，此時(shí)的循環(huán)次數(shù)就是電池的循環(huán)壽命。對(duì)于不同類(lèi)型的蓄電池，循環(huán)壽命的測(cè)試規(guī)定是不同的，具體可參考相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制訂的標(biāo)準(zhǔn)。電池的壽命可以用專(zhuān)用的蓄電池循環(huán)壽命檢測(cè)設(shè)備來(lái)測(cè)試。、內(nèi)壓的測(cè)試電池的內(nèi)阻是指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力，一般分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻，由于充電電池內(nèi)阻很小，測(cè)直流內(nèi)阻時(shí)由于電極容易極化，產(chǎn)生極化內(nèi)阻，故無(wú)法測(cè)出其真實(shí)值；而測(cè)其交流內(nèi)阻可免除極化內(nèi)阻的影響，得出真實(shí)的內(nèi)阻值。交流內(nèi)阻測(cè)試方法是利用電池等效于一個(gè)有源電阻的特點(diǎn)，給電池一個(gè)1000Hz、50mA的恒定電流，對(duì)其電壓采樣整流濾波等一系列處理從而精確地測(cè)量其阻值。可用專(zhuān)門(mén)的內(nèi)阻儀來(lái)測(cè)試。電池的內(nèi)壓是由于充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體所形成的壓力，主要受電池材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)、使用方法等因素影響。一般電池內(nèi)壓均維持在正常水平，在過(guò)充或過(guò)放情況下，電池內(nèi)壓有可能會(huì)升高。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池可能會(huì)在不同的環(huán)境溫度下使用，高溫或低溫對(duì)電池的充電或放電性能都有影響，應(yīng)分別對(duì)各溫度下電池充放電性能進(jìn)行測(cè)試。在QC/T7432006《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子蓄電池》中規(guī)定，要對(duì)電池在20℃的低溫、20℃常溫和55℃的高溫進(jìn)行放電性能的測(cè)試。要求按規(guī)定的方法測(cè)試時(shí)，在20℃時(shí)，其容量應(yīng)不低于額定值的70%；在55℃時(shí)，其容量應(yīng)不低于額定值的95%；在20℃高倍率放電時(shí)，對(duì)于能量型蓄電池，其容量應(yīng)不低于額定值的90%；對(duì)于功率型蓄電池，其容量應(yīng)不低于額定值的80%。高低溫測(cè)試所需的儀器和充放電性能測(cè)試基本是一致的，只是在恒溫箱中測(cè)定不同溫度下的電池性能。電池的儲(chǔ)存性能是指電池開(kāi)路時(shí)，在一定的溫度、濕度等條件下儲(chǔ)存時(shí)容量下降率的大小，是衡量電池綜合性能穩(wěn)定程度的一個(gè)重要參數(shù)。電池經(jīng)過(guò)一定時(shí)間儲(chǔ)存后，允許電池的容量及內(nèi)阻有一定程度的變化。經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的儲(chǔ)存，可以讓內(nèi)部各成分的電化學(xué)性能穩(wěn)定下來(lái)，可以了解該電池的自放電性能的大小，以便保證電池的品質(zhì)。自放電又稱(chēng)荷電保持能力，它是指在開(kāi)路狀態(tài)下，電池儲(chǔ)存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力。一般而言，自放電主要受制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件的影響。自放電是衡量電池性能的主要參數(shù)之一。一般而言，電池儲(chǔ)存溫度越低，自放電率也越低，但也應(yīng)注意溫度過(guò)低或過(guò)高均有可能造成電池?fù)p壞無(wú)法使用。電池充滿電開(kāi)路擱置一段時(shí)間后，一定程度的自放電屬于正?，F(xiàn)象。電池的安全性測(cè)試項(xiàng)目非常多，不同類(lèi)型的電池，安全性能測(cè)試項(xiàng)目也不同，可根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇測(cè)試。小 結(jié)：概述本節(jié)作 業(yè)：課后習(xí)題課 題： 燃料電池教學(xué)目的：了解燃料電池的類(lèi)型和特點(diǎn)；了解電動(dòng)汽車(chē)對(duì)燃料電池的要求、 掌握質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn) 熟悉氫的存儲(chǔ)和輸送方法教學(xué)重點(diǎn)：質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)、氫的存儲(chǔ)和輸送方法教學(xué)難點(diǎn)：質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)類(lèi) 型：新授課教學(xué)方法：講練結(jié)合課 時(shí)：8引 入：燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來(lái)。它從外表上看有177。極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。 2014年2月19日據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種直接以生物質(zhì)為原料的低溫燃料電池。這種燃料電池只需借助太陽(yáng)能或廢熱就能將稻草、鋸末、藻類(lèi)甚至有機(jī)肥料轉(zhuǎn)化為電能，能量密度比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍。相關(guān)論文已發(fā)表在《自然》雜志子刊《自然通訊》上。一、1．按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分類(lèi)根據(jù)燃料電池的運(yùn)行機(jī)理的不同，可分為(1) 酸性燃料電池；(2) 堿性燃料電池。2．按電解質(zhì)分類(lèi)(1) 質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)；(2) 堿性燃料電池(AFC)；(3) 磷酸燃料電池(PAFC)；(4) 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)；(5) 固體氧化物燃料電池(SOFC)；(6) 直接甲醇燃料電池(DMFC)；(7) 再生型燃料電池(RFC)；(8) 鋅空燃料電池(ZAFC)；(9) 質(zhì)子陶瓷燃料電池(PCFC)等。3．按燃料使用類(lèi)型分類(lèi)根據(jù)燃料電池的燃料使用類(lèi)型不同，可分為(1) 直接型燃料電池；(2) 間接型燃料電池；(3) 再生型燃料電池。4．按燃料種類(lèi)分類(lèi)根據(jù)燃料電池使用燃料的種類(lèi)，可分為(1) 氫燃料電池；(2) 甲醇燃料電池；(3) 乙醇燃料電池等。5．按工作溫度分類(lèi)根據(jù)燃料電池工作溫度的不同，可分為(1) 低溫型(溫度低于200℃)；(2) 中溫型(溫度為200~750℃)；(3) 高溫型(溫度為750~1000℃)；(4) 超高溫型(溫度高于1000℃)。6．按燃料狀態(tài)分類(lèi)根據(jù)燃料電池的燃料狀態(tài)不同，可分為(1) 液體型燃料電池；(2) 氣體型燃料電池。二、FCEV對(duì)燃料電池性能基本要求有以下幾方面：(1) 燃料電池的比能量不低于150~200Wh/kg，比功率不低于300~400W/kg，要求達(dá)到或超過(guò)美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體所提出的電池性能和使用壽命的指標(biāo)；(2) 可以在20℃的條件下起動(dòng)和工作，有可靠的安全性和密封性，不會(huì)發(fā)生燃料氣體的結(jié)冰和燃料氣體的泄漏；(3) 各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和可靠性，可以在負(fù)荷變化情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并能夠耐受FCEV行駛時(shí)的振動(dòng)和沖擊；(4) FCEV除排放達(dá)到零污染的要求外，動(dòng)力性能要求基本達(dá)到或接近內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的動(dòng)力性能的水平，性能穩(wěn)定可靠；(5) 各種輔助技術(shù)裝備的外形尺寸和輔助技術(shù)裝備的質(zhì)量應(yīng)盡可能地減小，以符合FCEV的裝車(chē)要求；(6) 燃料充添方便、迅速，燃料電池能夠方便地進(jìn)行電極和催化劑的更換和修理；(7) 所配置的輔助電源，應(yīng)能滿足提供起動(dòng)電能和儲(chǔ)存制動(dòng)反饋電能的要求。三、1．燃料電池的優(yōu)點(diǎn)(1) 節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。燃料電池在額定功率下的效率可以達(dá)到60%，而在部分功率輸出條件下運(yùn)轉(zhuǎn)效率可以達(dá)到70%，在過(guò)載功率輸出條件下運(yùn)轉(zhuǎn)效率可以達(dá)到50~55%。(2) 排放基本達(dá)到零污染。屬于“超低污染”，氫氧燃料電池的反應(yīng)產(chǎn)物只有清潔的水。(3) 無(wú)振動(dòng)和噪聲、壽命長(zhǎng)。在整個(gè)工作過(guò)程中，沒(méi)有噪聲和機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生，從而減少機(jī)械器件的磨損，延長(zhǎng)了使用壽命。(4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)。2．燃料電池的缺點(diǎn)(1) 燃料種類(lèi)單一。是燃料電池的唯一燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、保管、運(yùn)輸和灌裝或重整，都比較復(fù)雜，對(duì)安全性要求很高。(2) 要求高質(zhì)量的密封。密封不良的燃料電池，氫氣會(huì)泄漏到燃料電池的外面，降低了氫的利用率并嚴(yán)重影響燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，還會(huì)引起氫氣燃燒事故。由于要求嚴(yán)格的密封，使得燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造工藝很復(fù)雜，并給使用和維護(hù)帶來(lái)很多困難。(3) 價(jià)格高。制造成本高，電池價(jià)格昂貴。(4) 需要配備輔助電池系統(tǒng)。燃料電池可以持續(xù)發(fā)電，但不能充電和回收燃料電池汽車(chē)再生制動(dòng)的反饋能量。通常在燃料電池汽車(chē)上還要增加輔助電池，來(lái)儲(chǔ)存燃料電池富裕的電能和在燃料電池汽車(chē)減速時(shí)接受再生制動(dòng)時(shí)的能量。 四、燃料電池系統(tǒng)1燃料電池實(shí)際上不是“電池”，而是一個(gè)大的發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池，需要有燃料供應(yīng)系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等組成。（1） 燃料供應(yīng)系統(tǒng)（2） 氧化劑系統(tǒng)（3） 發(fā)電系統(tǒng)（4） 水管理系統(tǒng)（5） 熱管理系統(tǒng)（6） 電力系統(tǒng)（7） 控制系統(tǒng)（8） 安全系統(tǒng)氫的存儲(chǔ)與輸送是燃料電池應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前有兩種方式，儲(chǔ)氫和重整制氫。 （1）儲(chǔ)氫①存儲(chǔ)技術(shù)：目前使用比較廣泛的儲(chǔ)氫技術(shù)有高壓儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫。這三種技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中的效果很大程度上受到材料性能的制約。儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)，尤其是使用碳納米管儲(chǔ)氫時(shí)，效果更理想。 ②研究方向：隨著材料科學(xué)的發(fā)展，儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展主要集中開(kāi)發(fā)密度更小、強(qiáng)度更高的材料，以提高儲(chǔ)氫罐內(nèi)的壓力；開(kāi)發(fā)絕熱性能更好的材料，以減少液氫的蒸發(fā)，提高使用時(shí)的安全性；開(kāi)發(fā)高容量的儲(chǔ)氫材料，特別是碳納米管等的制造技術(shù)。 (2) 部分氧化重整。部分氧化重整將燃料與氧相結(jié)合制氫，并生成一氧化碳。部分氧化重整的產(chǎn)氫率比蒸汽重整的低，但它結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、起動(dòng)時(shí)間短、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，對(duì)燃料的適應(yīng)性也更強(qiáng)，因而更具潛力。但是，如果采用無(wú)催化系統(tǒng)，常有碳煙和其它副產(chǎn)物生成；而采用有催化劑系統(tǒng)，又常因催化劑表面的局部高溫而損傷催化劑，在反應(yīng)過(guò)程中的穩(wěn)定性也是一大難題。部分氧化重整最好用純氧，但價(jià)格較高；雖然它也可使用燃料氣與空氣混合，但反應(yīng)后需加凈化處理裝置，其成本亦很高。（3）重整制氫燃料電池使用的燃料—?dú)錃饪梢杂芍卣魈峁Ｖ卣魇褂玫脑峡梢允翘烊粴?、汽油、柴油等各種烴類(lèi)以及甲醇、酒精等各種醇類(lèi)燃料。目前使用的重整技術(shù)主要有蒸汽重整、部分氧化和催化部分氧化重整、自動(dòng)供熱重整以及等離子體重整等。不同的重整技術(shù)在結(jié)構(gòu)、效率和對(duì)燃料的適應(yīng)性等方面有不同的特點(diǎn)，并在不同的使用條件下發(fā)揮出它們各自的優(yōu)勢(shì)。蒸汽重整是目前使用最