第7章燃料電池電動(dòng)汽車新能源汽車技術(shù)

1、第第7章章 燃料燃料電電池池電動(dòng)電動(dòng)汽汽車車主主講講：鄭鄭竹安竹安YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)27 7. .1 1 概述概述7 7. .2 2 燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 7 7. .3 3 燃料電池電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)燃料電池電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)3 7.1.1 7.1.1 燃料電池電動(dòng)汽車的類型燃料電池電動(dòng)汽車的類型 FCEVFCEV按主要燃料種類可分為按

2、主要燃料種類可分為（1 1）以純氫氣為燃料的）以純氫氣為燃料的FCEVFCEV；（2 2）經(jīng)過重整后產(chǎn)生的氫氣為燃料的）經(jīng)過重整后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEVFCEV。FCEVFCEV按按“多電源多電源”的配置不同，可分為的配置不同，可分為（1 1）純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)（）純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)（PFCPFC）的）的FCEVFCEV；（2 2）燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（）燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+BFC+B）的）的FCEVFCEV；（3 3）燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（）燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+CFC+C）的）的FCEVFCEV；（4 4）燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（）燃料

3、電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+CFC+B+C）的的FCEVFCEV。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)41 1純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的FCEVFCEV純?nèi)剂想姵仉妱?dòng)汽車只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源，汽純?nèi)剂想姵仉妱?dòng)汽車只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源，汽車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)5優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；（2 2）系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕

4、量化；）系統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化；（3 3）較少的部件使得整體的能量傳遞效率高，從而提高整）較少的部件使得整體的能量傳遞效率高，從而提高整車的燃料經(jīng)濟(jì)性。車的燃料經(jīng)濟(jì)性。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1 1）燃料電池功率大、成本高；）燃料電池功率大、成本高；（2 2）對(duì)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了很高的要）對(duì)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；求；（3 3）不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。）不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)6 2 2燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+BFC+B）的）的FCEVFC

5、EV該結(jié)構(gòu)為一典型的串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)為一典型的串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電中，燃料電池和蓄電池一起為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電動(dòng)機(jī)，蓄電池將儲(chǔ)存回在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電動(dòng)機(jī)，蓄電池將儲(chǔ)存回饋的能量。饋的能量。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)7優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1 1）由于增加了比功率價(jià)格相對(duì)低廉得多的蓄電池組，系）由于增加

6、了比功率價(jià)格相對(duì)低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對(duì)燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形式有很大的統(tǒng)對(duì)燃料電池的功率要求較純?nèi)剂想姵亟Y(jié)構(gòu)形式有很大的降低，從而大大地降低了整車成本；降低，從而大大地降低了整車成本； （2 2）燃料電池可以在比較好的設(shè)定的工作條件下工作，工）燃料電池可以在比較好的設(shè)定的工作條件下工作，工作時(shí)燃料電池的效率較高；作時(shí)燃料電池的效率較高； （3 3）系統(tǒng)對(duì)燃料電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求較低；）系統(tǒng)對(duì)燃料電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求較低； （4 4）汽車的冷啟動(dòng)性能較好；）汽車的冷啟動(dòng)性能較好； （5 5）制動(dòng)能量回饋的采用可以回收汽車制動(dòng)時(shí)的部分動(dòng)能，）制動(dòng)能量回饋的采用可以回收汽車制動(dòng)

7、時(shí)的部分動(dòng)能，該措施可能會(huì)增加整車的能量效率。該措施可能會(huì)增加整車的能量效率。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)8缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1 1）蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加，動(dòng)力性和）蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型受到影響，這一點(diǎn)在能量復(fù)合型混合動(dòng)力經(jīng)濟(jì)型受到影響，這一點(diǎn)在能量復(fù)合型混合動(dòng)力汽車上表現(xiàn)更為明顯；汽車上表現(xiàn)更為明顯；（2 2）蓄電池充放電過程會(huì)有能量損耗；）蓄電池充放電過程會(huì)有能量損耗；（3 3）系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。）系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。 YANCHENG INSTITUTE OF

8、 TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)9 3 3燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+CFC+C）的）的FCEVFCEV 這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+ +蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q成超級(jí)電容。相對(duì)于蓄電池，超級(jí)電容充把蓄電池?fù)Q成超級(jí)電容。相對(duì)于蓄電池，超級(jí)電容充放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在回收制動(dòng)能量方面比蓄電池有優(yōu)勢(shì)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，但回收制動(dòng)能量方面比蓄電池有優(yōu)勢(shì)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，但是超級(jí)電容的能量密度較小。隨著超級(jí)電容技術(shù)的不是超級(jí)電容的能量密度較小。隨著超級(jí)電容技術(shù)的

9、不斷進(jìn)步，這種結(jié)構(gòu)將成為一種新的重要研究方向。斷進(jìn)步，這種結(jié)構(gòu)將成為一種新的重要研究方向。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)104 4燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+CFC+B+C）的）的FCEVFCEV燃料電池與蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車燃料電池與蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也為串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在該動(dòng)力的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也為串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容一起為驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容一起為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)

10、電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)傳給傳動(dòng)系，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電動(dòng)機(jī)，蓄電池和超級(jí)電容將儲(chǔ)存回動(dòng)電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電動(dòng)機(jī)，蓄電池和超級(jí)電容將儲(chǔ)存回饋的能量。饋的能量。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)11YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)12這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相比燃料電池這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相比燃料電池+ +蓄電池的結(jié)構(gòu)形式蓄電池的結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)更加明顯，尤其是在部件效率，動(dòng)態(tài)特性，制的優(yōu)點(diǎn)更加明顯，尤其是在部

11、件效率，動(dòng)態(tài)特性，制動(dòng)能量回饋等方面。而其缺點(diǎn)也一樣更加明顯：動(dòng)能量回饋等方面。而其缺點(diǎn)也一樣更加明顯：（1 1）增加了超級(jí)電容，整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量將可能增）增加了超級(jí)電容，整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量將可能增加；加；（2 2）系統(tǒng)更加復(fù)雜化，系統(tǒng)控制和整體布置的難）系統(tǒng)更加復(fù)雜化，系統(tǒng)控制和整體布置的難度也隨之增大。度也隨之增大?？偟膩碚f，如果能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行很好的匹配和優(yōu)化，總的來說，如果能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行很好的匹配和優(yōu)化，這種結(jié)構(gòu)帶來的汽車的良好的性能具有很大的吸引力這種結(jié)構(gòu)帶來的汽車的良好的性能具有很大的吸引力。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)13在三種混合驅(qū)動(dòng)中

12、，在三種混合驅(qū)動(dòng)中，F(xiàn)C+B+CFC+B+C組合被認(rèn)為能夠最大限度滿足整組合被認(rèn)為能夠最大限度滿足整車的起動(dòng)、加速、制動(dòng)的動(dòng)力和效率需求，但成本最高，結(jié)車的起動(dòng)、加速、制動(dòng)的動(dòng)力和效率需求，但成本最高，結(jié)構(gòu)和控制也最為復(fù)雜。目前燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的一構(gòu)和控制也最為復(fù)雜。目前燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)是般結(jié)構(gòu)是FC+BFC+B組合。這是因?yàn)樗哂幸韵绿攸c(diǎn)：組合。這是因?yàn)樗哂幸韵绿攸c(diǎn)：（1 1）燃料電池單獨(dú)或與動(dòng)力電池共同提供持續(xù)功率，而且）燃料電池單獨(dú)或與動(dòng)力電池共同提供持續(xù)功率，而且在車輛起動(dòng)、爬坡和加速等峰值功率需求時(shí)，動(dòng)力電池提供在車輛起動(dòng)、爬坡和加速等峰值功率需求時(shí)，動(dòng)力

13、電池提供峰值功率；峰值功率；（2 2）在車輛起步的時(shí)候和功率需求量不大的時(shí)候，蓄電池）在車輛起步的時(shí)候和功率需求量不大的時(shí)候，蓄電池可以單獨(dú)輸出能量；可以單獨(dú)輸出能量；（3 3）蓄電池技術(shù)比較成熟，可以在一定程度上彌補(bǔ)燃料電）蓄電池技術(shù)比較成熟，可以在一定程度上彌補(bǔ)燃料電池技術(shù)上的不足。池技術(shù)上的不足。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)141 1. .燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)：燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)：（1 1）效率高：可以達(dá)到）效率高：可以達(dá)到30%30%以上；以上；（2 2）續(xù)駛里程長(zhǎng)：其長(zhǎng)途行駛能力及動(dòng)力性已經(jīng)接近于傳）續(xù)駛里程長(zhǎng)：其長(zhǎng)途行駛能力及動(dòng)力性

14、已經(jīng)接近于傳統(tǒng)汽車；統(tǒng)汽車；（3 3）綠色環(huán)保：生成物只有水，屬于零排放；）綠色環(huán)保：生成物只有水，屬于零排放；（4 4）過載能力強(qiáng)：短時(shí)過載能力可達(dá)額定功率的）過載能力強(qiáng)：短時(shí)過載能力可達(dá)額定功率的200200或更或更大；大；（5 5）低噪音：運(yùn)行過程中噪音和振動(dòng)都較??；）低噪音：運(yùn)行過程中噪音和振動(dòng)都較?。唬? 6）設(shè)計(jì)方便靈活：改變傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)概念，可以在空）設(shè)計(jì)方便靈活：改變傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)概念，可以在空間和重量等問題上進(jìn)行靈活的配置。間和重量等問題上進(jìn)行靈活的配置。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)152 2. .燃料電池電動(dòng)汽車的主要缺

15、點(diǎn)燃料電池電動(dòng)汽車的主要缺點(diǎn)（1 1）燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高）燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高, ,燃燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本居高不下，使用成本過高，料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本居高不下，使用成本過高，燃料電池汽車還有相當(dāng)?shù)木嚯x。燃料電池汽車還有相當(dāng)?shù)木嚯x。（2 2）輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大）輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大（3 3）起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)抗振能力有待進(jìn)一步提高。）起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)抗振能力有待進(jìn)一步提高。采用氫氣為燃料的采用氫氣為燃料的FCEVFCEV起動(dòng)時(shí)間一般需要起動(dòng)時(shí)間一般需要3 3分多鐘，分多鐘，而采用甲醇或者汽油重整技術(shù)的而采用甲醇或者汽油重整技術(shù)的FCEV

16、FCEV則長(zhǎng)達(dá)則長(zhǎng)達(dá)1010多分多分鐘，比起內(nèi)燃機(jī)汽車起動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)得多，影響其機(jī)動(dòng)鐘，比起內(nèi)燃機(jī)汽車起動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)得多，影響其機(jī)動(dòng)性能性能。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)16（1 1）燃料電池的比能量不低于）燃料電池的比能量不低于150150200Wh /kg, 200Wh /kg, 比功率不低于比功率不低于300300400 W/kg400 W/kg。（2 2）可以在）可以在- 20 - 20 的條件下起動(dòng)和工作的條件下起動(dòng)和工作, , 有可靠的安全性和密封性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。不會(huì)發(fā)生燃料氣體的

17、結(jié)冰和燃料氣體的泄漏。（3 3）各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和）各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和可靠性。可靠性。 （4 4）FCEVFCEV除排放達(dá)到零污染的要求外除排放達(dá)到零污染的要求外, , 動(dòng)力性能要求基本達(dá)到或接近動(dòng)力性能要求基本達(dá)到或接近內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力性能的水平內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力性能的水平, , 性能穩(wěn)定可靠。性能穩(wěn)定可靠。（5 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）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)盡可能地減小減小, , 以符合以符合FCEVFCEV的裝車要求。的裝車要求。（6 6）燃料充添方便、迅速）燃料充添方便、迅速, , 燃料電池能夠方便地進(jìn)行電極和催

18、化劑的燃料電池能夠方便地進(jìn)行電極和催化劑的更換和修理。更換和修理。（7 7）所配置的輔助電源）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)反饋電能的要求的要求。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)17 1 1燃料電池系統(tǒng)燃料電池系統(tǒng) 2 2車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)車載儲(chǔ)氫系統(tǒng) 3 3車載蓄電系統(tǒng)車載蓄電系統(tǒng) 4 4電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù) 5 5整車布置整車布置 6 6整車熱管理整車熱管理 7 7整車與動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)整車與動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì) 8 8多能源動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理策略多能源

19、動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理策略YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)18YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)19目前燃料電池電動(dòng)汽車絕大多數(shù)采用的是混合式燃目前燃料電池電動(dòng)汽車絕大多數(shù)采用的是混合式燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種。料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)20在在FCEVFCEV所采用的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中，為保證所采用的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中，為保證PEMFCPEMFC組的正常工作，除以組的正常工作，除以PEMFCPEMFC組為核

20、心外，還裝有氫組為核心外，還裝有氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應(yīng)氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應(yīng)生成物的處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。生成物的處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。只有這些輔助系統(tǒng)匹配恰當(dāng)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能保證只有這些輔助系統(tǒng)匹配恰當(dāng)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能保證燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)211.1.以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)圖圖7.57.5是以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，圖是以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，圖7.67.6是以

21、氫氣為燃料的是以氫氣為燃料的FCEVFCEV的總布置基本結(jié)構(gòu)模型。的總布置基本結(jié)構(gòu)模型。（1 1）氫氣供應(yīng)、管理和回收）氫氣供應(yīng)、管理和回收系統(tǒng)。系統(tǒng)。（2 2）氧氣供應(yīng)和）氧氣供應(yīng)和管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)。（3 3）水循環(huán)）水循環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)。 （4 4）電力）電力管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)22氫氣儲(chǔ)存罐氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表熱交換器 氫氣循環(huán)泵冷凝器及氣水分離器水箱水泵空氣壓縮機(jī)加濕器及去離子過濾裝置 燃料電池組電源開關(guān) 變換器 逆變器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)23驅(qū)動(dòng)

22、輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)逆變器輔助電源裝置燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)空氣壓縮機(jī)8 氫氣儲(chǔ)存罐 氫氣供應(yīng)系統(tǒng)輔助裝置中央控制器 11變換器YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)24在在FCEVFCEV上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是主要電源，另外還配備有輔助動(dòng)力源。根據(jù)上燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是主要電源，另外還配備有輔助動(dòng)力源。根據(jù)FCEVFCEV的設(shè)計(jì)方案不同，其所采用的輔助動(dòng)力源也有所不同，的設(shè)計(jì)方案不同，其所采用的輔助動(dòng)力源也有所不同， 可以用蓄電可以用蓄電池組、飛輪儲(chǔ)能器或超大容量電容器等共同組成雙電源系統(tǒng)。在具有雙電池組、飛輪儲(chǔ)能器或超大容量電容器等共同組成雙電源系統(tǒng)。在具有雙電源系

23、統(tǒng)的源系統(tǒng)的FCEVFCEV上，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源可以出現(xiàn)以下驅(qū)動(dòng)模式。上，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源可以出現(xiàn)以下驅(qū)動(dòng)模式。 （1 1）在）在FCEVFCEV起動(dòng)時(shí)，由輔助動(dòng)力源提供電能帶動(dòng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)，由輔助動(dòng)力源提供電能帶動(dòng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，或帶動(dòng)車輛起步或帶動(dòng)車輛起步。（2 2）車輛行駛時(shí)，由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)所需全部電能，剩余的）車輛行駛時(shí)，由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)所需全部電能，剩余的電能儲(chǔ)存到輔助動(dòng)力源裝置中。電能儲(chǔ)存到輔助動(dòng)力源裝置中。（3 3）在加速和爬坡時(shí)，若燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供的電能還不足以滿足）在加速和爬坡時(shí)，若燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供的電能還不足以滿足FCEVFCEV驅(qū)動(dòng)

24、功率要求，則由輔助動(dòng)力源提供額外的驅(qū)動(dòng)功率要求，則由輔助動(dòng)力源提供額外的電能。電能。（4 4）貯存制動(dòng)時(shí)反饋的電能，以及向車輛的各種電子、電器設(shè)備提供）貯存制動(dòng)時(shí)反饋的電能，以及向車輛的各種電子、電器設(shè)備提供所需要的電能所需要的電能。YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)251 1裝置裝置DC/DCDC/DC的必要性的必要性 FCEVFCEV采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，電采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不可能接受外壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不可能接受外電源的充電，電流

25、的方向只是單向流動(dòng)。電源的充電，電流的方向只是單向流動(dòng)。FCEVFCEV采用的輔助電源（蓄電池和超級(jí)電容器）在充電和放電采用的輔助電源（蓄電池和超級(jí)電容器）在充電和放電時(shí)，也是以直流電的形式流動(dòng)，但電流的方向是可逆性流動(dòng)。時(shí)，也是以直流電的形式流動(dòng)，但電流的方向是可逆性流動(dòng)。FCEVFCEV上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定狀態(tài)。狀態(tài)。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)262 2DC/DCDC/DC變換器的基本功能變換器的基本功能 （1 1）當(dāng)輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能輸出負(fù)載要

26、）當(dāng)輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能輸出負(fù)載要求的變化范圍的直流電壓，例如，輸入電壓最低時(shí)也能達(dá)到求的變化范圍的直流電壓，例如，輸入電壓最低時(shí)也能達(dá)到最高輸出電壓，輸入電壓最高時(shí)也能達(dá)到最低輸出電壓等。最高輸出電壓，輸入電壓最高時(shí)也能達(dá)到最低輸出電壓等。（2 2）輸出負(fù)載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的）輸出負(fù)載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的直流負(fù)載電流，并且能夠允許在足夠?qū)挼呢?fù)載變化范圍的情直流負(fù)載電流，并且能夠允許在足夠?qū)挼呢?fù)載變化范圍的情況下（例如，從空載到滿載，即電流從零到最大況下（例如，從空載到滿載，即電流從零到最大) )，設(shè)備能正，設(shè)備能正常運(yùn)行（例如，電壓穩(wěn)定、不

27、損壞器件）。常運(yùn)行（例如，電壓穩(wěn)定、不損壞器件）。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)273 3FCEVFCEV車載車載DC/DCDC/DC的功能的功能（1 1）調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓。由于燃料電池的輸出特性）調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓。由于燃料電池的輸出特性較軟，難以滿足驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制器的需求，所以借助較軟，難以滿足驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制器的需求，所以借助DC/DCDC/DC變變換器對(duì)燃料電池的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。換器對(duì)燃料電池的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。（2 2）調(diào)節(jié)整車能量分配。燃料電池轎車是一種混合動(dòng)力轎）調(diào)節(jié)整車能量分配。燃料電池轎車是一種混合動(dòng)力轎車，具有燃料

28、電池和動(dòng)力蓄電池兩種能源，控制燃料電池的車，具有燃料電池和動(dòng)力蓄電池兩種能源，控制燃料電池的輸出能量就可以控制整車能量的分配。輸出能量就可以控制整車能量的分配。（3 3）穩(wěn)定整車直流母線電壓。燃料電池的輸出電壓經(jīng)過）穩(wěn)定整車直流母線電壓。燃料電池的輸出電壓經(jīng)過DC/DCDC/DC變換器后能穩(wěn)定整車直流母線電壓。變換器后能穩(wěn)定整車直流母線電壓。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)284 4FCEVFCEV車載車載DC/DCDC/DC的要求的要求 （1 1）變換器是能量傳遞部件，因此需要轉(zhuǎn)換效率高，以便）變換器是能量傳遞部件，因此需要轉(zhuǎn)換效率高，以便提高

29、能源的利用率；提高能源的利用率；（2 2）為了降低對(duì)燃料電池的輸出電壓要求，變換器應(yīng)具有）為了降低對(duì)燃料電池的輸出電壓要求，變換器應(yīng)具有升壓功能；升壓功能；（3 3）由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運(yùn)行進(jìn)）由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運(yùn)行進(jìn)行穩(wěn)壓，為了給驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動(dòng)行穩(wěn)壓，為了給驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力；態(tài)調(diào)節(jié)能力；（4 4）體積小，重量輕。）體積小，重量輕。 YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY新能源汽車技術(shù)29燃料電池電動(dòng)汽車用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)、交流燃料電池電動(dòng)汽車用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。（1 1）直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用換向器和電刷，保證了勵(lì)磁）直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用換向器和電刷，保證了勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)的嚴(yán)格正交，易于控制。但直流電動(dòng)機(jī)磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)的嚴(yán)格正交，易于控制。但直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其高速性能和可靠性受換向器和電刷的影響較大。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其高速性能和可靠性受換向器和電刷的影響較大。（2 2）交流電動(dòng)機(jī)堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、免維護(hù)、）交流電動(dòng)機(jī)堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、免維護(hù)、成本低，尤其適合惡劣的工作