燃料電池電動汽車

1、燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池定義燃料電池定義 燃料電池是一種能夠持續(xù)的通過發(fā)生在陽極和陰極的燃料電池是一種能夠持續(xù)的通過發(fā)生在陽極和陰極的氧化氧化還原反應還原反應將化學能轉化為電能的能量轉換裝置。燃料電池與常將化學能轉化為電能的能量轉換裝置。燃料電池與常規(guī)電池的區(qū)別在于，它工作時需要規(guī)電池的區(qū)別在于，它工作時需要連續(xù)不斷連續(xù)不斷地向電池內輸入燃地向電池內輸入燃料和氧化劑，只要持續(xù)供應，燃料電池就會不斷提供電能。料和氧化劑，只要持續(xù)供應，燃料電池就會不斷提供電能。v 燃料電池的特點燃料電池的特點 由于燃料電池能將燃料的化由于燃料電池能將燃料的化學能直接轉換為電能，

2、因此，它學能直接轉換為電能，因此，它沒有像普通火力發(fā)電廠那樣的通沒有像普通火力發(fā)電廠那樣的通過鍋爐、汽輪機、發(fā)電機的能量過鍋爐、汽輪機、發(fā)電機的能量形態(tài)變化，可避免過程中轉換損形態(tài)變化，可避免過程中轉換損失，達到市制發(fā)電效率失，達到市制發(fā)電效率。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池的優(yōu)點燃料電池的優(yōu)點 由于輸出功率單位由堆的輸出功率定，故機組由于輸出功率單位由堆的輸出功率定，故機組容量具有自容量具有自由度由度；部分負荷時也能保持高的效率；部分負荷時也能保持高的效率； 通過與燃料供給裝置的組合，可適用范圍的燃料；通過與燃料供給裝置的組合，可適用范圍的燃料； 沒有沒有尺寸效應尺寸效應，很小

3、的燃料電池仍具有和大尺寸相仿的效，很小的燃料電池仍具有和大尺寸相仿的效率；率； 轉換轉換效率高效率高，可達，可達60% 60% ； 沒有運轉部件，沒有運轉部件，噪音小噪音小； NOxNOx及及SOxSOx等的排出量少，等的排出量少，有利環(huán)保有利環(huán)保, ,若以氫為燃料，排放若以氫為燃料，排放是水，電池部分可實現(xiàn)是水，電池部分可實現(xiàn)“零排放零排放”v 燃料電池的分類燃料電池的分類 根據(jù)工作溫度可分為根據(jù)工作溫度可分為: :低溫低溫型、型、中溫中溫型和型和高溫高溫型三種。型三種。 根據(jù)電解質的種類可分為：根據(jù)電解質的種類可分為：燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車 堿性燃料電池堿性燃料電池(AFC)(A

4、FC)、磷酸燃料電池磷酸燃料電池(PAFC)(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料熔融碳酸鹽燃料電池電池(MCFC)(MCFC)、固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池(SOFC)(SOFC)、 聚合物離子膜燃聚合物離子膜燃料電池料電池(PEMFC)(PEMFC)。 根據(jù)多電源的配置不同可分為：根據(jù)多電源的配置不同可分為：FCEVFCEV按按“多電源多電源”的配置不同，可分為的配置不同，可分為純燃料電池驅動純燃料電池驅動（PFCPFC）的的FCEVFCEV；燃料電池與輔助蓄電池燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動聯(lián)合驅動（FC+BFC+B）的）的FCEVFCEV；燃燃料電池與超級電容聯(lián)合驅動料電池與超級電容聯(lián)合驅

5、動（FC+CFC+C）的）的FCEVFCEV；燃；燃料電池與輔助料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動（FC+B+CFC+B+C）的）的FCEVFCEV。v 燃料電池的原理燃料電池的原理 燃料電池由燃料電池由陽極陽極、陰極陰極和離子導電的和離子導電的電解質電解質構成，其工作原構成，其工作原理與普通電化學電池類似，燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，理與普通電化學電池類似，燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，電子從陽極通過負載流向陰極構成電回路，產生電流電子從陽極通過負載流向陰極構成電回路，產生電流。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車燃料燃料氧化劑氧化劑陽極陽極陰極陰極電電 解解

6、 質質導電離子導電離子v 純燃料電池驅動的純燃料電池驅動的FCEV 純燃料電池電動汽車只有燃料純燃料電池電動汽車只有燃料電池一個動力源，汽車的所有功率電池一個動力源，汽車的所有功率負荷都由燃料電池承擔。負荷都由燃料電池承擔。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 純燃料電池驅動的純燃料電池驅動的FCEV 優(yōu)點優(yōu)點： 結結構簡單構簡單，便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；，便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置； 系統(tǒng)系統(tǒng)部件少部件少，有利于整車的輕量化；，有利于整車的輕量化； 較少的部件使得整體的能較少的部件使得整體的能量傳遞效率高量傳遞效率高。缺點：缺點： 燃料電池功率大、成本高；燃料電池功率大、成本高； 對燃料電

7、池系統(tǒng)的動態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；對燃料電池系統(tǒng)的動態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求； 不不能進行制動能量回收能進行制動能量回收。 v 燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動FCEV 該結構為一典型的該結構為一典型的串串聯(lián)式混合動力結構。在該動力系統(tǒng)結構中聯(lián)式混合動力結構。在該動力系統(tǒng)結構中，燃料電池和蓄電池一起為驅動電機提供能量，驅動電機將電能轉化燃料電池和蓄電池一起為驅動電機提供能量，驅動電機將電能轉化成機械能傳給傳動系，從而驅動汽車前進；在汽車制動時，驅動電成機械能傳給傳動系，從而驅動汽車前進；在汽車制動時，驅動電機變成發(fā)電機，蓄電池將儲存機變成發(fā)電機，蓄電池將儲

8、存回饋回饋的能量。的能量。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動FCEV 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車優(yōu)點：優(yōu)點： 由于增加了比功率價格相對低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對燃由于增加了比功率價格相對低廉得多的蓄電池組，系統(tǒng)對燃料電池的功率要求較純燃料電池結構形式有很大的降低，從而大料電池的功率要求較純燃料電池結構形式有很大的降低，從而大大地大地降低了整車成本降低了整車成本； 燃料電池可以在燃料電池可以在比較好的設定的工作條件比較好的設定的工作條件下工作，工作時燃下工作，工作時燃料電池的效率較高；料電池的效率較高； 系統(tǒng)對燃料電池的系統(tǒng)對燃料電

9、池的動態(tài)響應性能要求較低動態(tài)響應性能要求較低； 汽車的汽車的冷啟動性能較好冷啟動性能較好； 制動能量回饋制動能量回饋的采用可以回收汽車制動時的部分動能，該措的采用可以回收汽車制動時的部分動能，該措施可能會增加整車的能量效率。施可能會增加整車的能量效率。缺點：缺點： 蓄電池的使用使得整車的蓄電池的使用使得整車的質量增加質量增加，動力性和經(jīng)濟型受到影，動力性和經(jīng)濟型受到影響，這一點在能量復合型混合動力汽車上表現(xiàn)更為明顯；響，這一點在能量復合型混合動力汽車上表現(xiàn)更為明顯； 蓄電池充蓄電池充放電過程會有能量損耗放電過程會有能量損耗；燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池與超級電容聯(lián)合驅動燃料電池

10、與超級電容聯(lián)合驅動FCEV 系統(tǒng)變得復雜，系統(tǒng)控制和整體系統(tǒng)變得復雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加布置難度增加。 這種結構形式與燃料電池這種結構形式與燃料電池+ +蓄電池結構相似，只是把蓄電池換蓄電池結構相似，只是把蓄電池換成超級電容。成超級電容。 相對于蓄電池，超級電容相對于蓄電池，超級電容充放電效率高充放電效率高，能量損失小，比蓄，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在電池功率密度大，在回收制動回收制動能量方面比蓄電池能量方面比蓄電池有優(yōu)勢有優(yōu)勢，循環(huán)壽，循環(huán)壽命長，但是超級電容的能量密度較小。命長，但是超級電容的能量密度較小。v 燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動的燃料電池與輔助蓄電池和超

11、級電容聯(lián)合驅動的FCEV 燃料電池與蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動的電動汽車的動力系燃料電池與蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動的電動汽車的動力系統(tǒng)結構也為統(tǒng)結構也為串聯(lián)式串聯(lián)式混合動力結構?；旌蟿恿Y構。 燃料電池、蓄電池和超級電容一起為驅動電機提供能量，驅燃料電池、蓄電池和超級電容一起為驅動電機提供能量，驅動電機將電能轉化成機械能傳給傳動系，驅動汽車前進；在汽車動電機將電能轉化成機械能傳給傳動系，驅動汽車前進；在汽車制動時，驅動電機變成發(fā)電機，蓄電池和超級電容將儲存回饋的制動時，驅動電機變成發(fā)電機，蓄電池和超級電容將儲存回饋的能量。能量。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)

12、合驅動的燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動的FCEV 燃料電池燃料電池+蓄電池十超級電容形式動力系統(tǒng)結構圖蓄電池十超級電容形式動力系統(tǒng)結構圖 這種結構的優(yōu)點相比燃料電這種結構的優(yōu)點相比燃料電池池+ +蓄電池的結構形式的蓄電池的結構形式的優(yōu)點優(yōu)點更更加明顯，尤其是在部件效率，動加明顯，尤其是在部件效率，動態(tài)特性，制動能量回饋等方面。態(tài)特性，制動能量回饋等方面。而其而其缺點缺點也一樣更加明顯：也一樣更加明顯： 增加了超級電容，系統(tǒng)質量增加了超級電容，系統(tǒng)質量將可能增加；將可能增加； 系統(tǒng)系統(tǒng)更加復雜更加復雜化，系統(tǒng)控制化，系統(tǒng)控制和整體布置的難度也隨之增大。和整體布置的難度也隨之增大。燃料電池

13、電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池電動汽車的主燃料電池電動汽車的主要不足要不足 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。要求達到或超過美國先進電池聯(lián)合體（。要求達到或超過美國先進電池聯(lián)合體（USABCUSABC）所提出的電池性能和使用壽命的指標所提出的電池性能和使用壽命的指標。 可以在可以在- 20 - 20 的條件下起動和工作的條件下起動和工作, , 有可靠的安全性和密封有可靠的安全性和密封性性, , 不會發(fā)生燃料氣體的結冰和燃料氣體的泄漏。不會發(fā)生燃料氣體的結

14、冰和燃料氣體的泄漏。v 燃料電池電動汽車對燃料電池的基本要求燃料電池電動汽車對燃料電池的基本要求 燃料電池汽車的制造成本和使用燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高成本過高 輔助設備復雜，且質量和體積較大輔助設備復雜，且質量和體積較大 起動時間長起動時間長，系統(tǒng)，系統(tǒng)抗振能力抗振能力有待進一步提高有待進一步提高 采用采用氫氣氫氣為燃料的為燃料的FCEVFCEV起動時間一般需要起動時間一般需要3 3分多鐘分多鐘，而采用，而采用甲甲醇或者汽油醇或者汽油重整技術的重整技術的FCEVFCEV則長達則長達1010多分鐘多分鐘，比起內燃機汽車起，比起內燃機汽車起動的時間長得多，影響其機動性能。動的時間長得多

15、，影響其機動性能。 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車 各種結構件有足夠的強度和可靠性各種結構件有足夠的強度和可靠性, , 可以在負荷變化情況下可以在負荷變化情況下正常運轉。并能夠耐受正常運轉。并能夠耐受FCEVFCEV行駛時的振動和沖擊行駛時的振動和沖擊。 FCEVFCEV除排放達到除排放達到零污染零污染的要求外的要求外, , 動力性能要求基本達到或動力性能要求基本達到或接近內燃機汽車的動力性能的水平接近內燃機汽車的動力性能的水平, , 性能穩(wěn)定可靠。性能穩(wěn)定可靠。 各種輔助技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質量應盡可各種輔助技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質量應盡可能地減小能地減小, ,

16、以符合以符合FCEVFCEV的裝車要求。的裝車要求。 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行燃料電池能夠方便地進行電極和催化電極和催化劑的更換和修理劑的更換和修理。 所配置的輔助電源所配置的輔助電源, , 應能滿足提應能滿足提供起動電能供起動電能和儲存和儲存制動反饋制動反饋電能的要求。電能的要求。 v 燃料電池系統(tǒng)燃料電池系統(tǒng) 燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關鍵技術之一。燃料電池燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關鍵技術之一。燃料電池堆技術發(fā)展趨勢堆技術發(fā)展趨勢可用耐久性可用耐久性、低溫啟動溫度低溫啟動溫度、凈輸出比功率凈輸出比功率以及以及燃料電池電動汽車燃料電池電動汽

17、車 制造成本制造成本四個要素來評判。四個要素來評判。 降低成本也是燃料電池堆研究的目標，控制成本的有效手段降低成本也是燃料電池堆研究的目標，控制成本的有效手段是減少材料費是減少材料費( (電催化劑、電解質膜、雙極板等電催化劑、電解質膜、雙極板等) )，降低加工費，降低加工費( (膜膜電極制作、雙極板加工和系統(tǒng)裝配等電極制作、雙極板加工和系統(tǒng)裝配等) )。v 車載儲氫系統(tǒng)車載儲氫系統(tǒng) 儲氫技術是氫能利用走向規(guī)?；瘧玫年P鍵。目前，常見的儲氫技術是氫能利用走向規(guī)模化應用的關鍵。目前，常見的車載儲氫系統(tǒng)有車載儲氫系統(tǒng)有高壓儲氫高壓儲氫、低溫儲存液氫低溫儲存液氫和和金屬氫化物儲氫金屬氫化物儲氫三種三種

18、基本方案。基本方案。 如何有效減小儲氫系統(tǒng)的質量與體積，是車載儲氫技術開發(fā)如何有效減小儲氫系統(tǒng)的質量與體積，是車載儲氫技術開發(fā)的重點。一個比較的重點。一個比較理想的方案理想的方案是，采用儲氫材料與高壓儲氫是，采用儲氫材料與高壓儲氫復合復合的車載儲氫新模式。的車載儲氫新模式。(1)(1)壓縮氫氣壓縮氫氣(CHG)(CHG)燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車 將將CHGCHG裝在裝在2035MPa2035MPa玻璃纖維加強的鋁瓶中。玻璃纖維加強的鋁瓶中。 優(yōu)點：質量輕、優(yōu)點：質量輕、成本低成本低、技術成熟以及燃料補充迅速等。、技術成熟以及燃料補充迅速等。 缺點：缺點：體積大體積大、存在安全問題。、存

19、在安全問題。(2)液態(tài)氫液態(tài)氫 冷凍氫氣至冷凍氫氣至-253-253以下，形以下，形成液態(tài)氫，并儲存在低溫容器中。成液態(tài)氫，并儲存在低溫容器中。 優(yōu)點：優(yōu)點：體積小體積小、能量密度高、燃料補充迅速。、能量密度高、燃料補充迅速。 缺點：生產成本和銷售缺點：生產成本和銷售成本昂貴成本昂貴，具有揮發(fā)性等。，具有揮發(fā)性等。(3)儲氫金屬儲氫金屬 使氫氣與金屬鎂和釩反應形成儲氫金屬，儲氫反應是可逆的使氫氣與金屬鎂和釩反應形成儲氫金屬，儲氫反應是可逆的并與分解溫度有關并與分解溫度有關( (最高可達最高可達300)300)。 優(yōu)點：優(yōu)點：尺寸緊湊尺寸緊湊、使用安全等。、使用安全等。 缺點：氫氣分離溫度高缺點

20、：氫氣分離溫度高( (儲氫鎂分離溫度儲氫鎂分離溫度287)287)以及相對以及相對較較低的比能量低的比能量( (儲氫釩比能量為儲氫釩比能量為700Wh/kg)700Wh/kg)。(4)納米材料儲氫納米材料儲氫燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車 直接供氫的直接供氫的FCEV推廣普及的關鍵是純氫的供應和儲存。為了推廣普及的關鍵是純氫的供應和儲存。為了保證直接供氫的保證直接供氫的FCEV用氫的需要，必須建造用氫的需要，必須建造氫站氫站，這就增大了，這就增大了直接供氫的直接供氫的FCEV商品化和推廣普及的難度商品化和推廣普及的難度，因此，世界上各大，因此，世界上各大汽車公司紛紛推出了通過燃料重整反應制取

21、氫氣的技術，可使用汽車公司紛紛推出了通過燃料重整反應制取氫氣的技術，可使用多種多種碳氫燃料碳氫燃料，包括醇類燃料、天然氣等。目前，通過重整反應，包括醇類燃料、天然氣等。目前，通過重整反應利用利用甲醇制取氫氣甲醇制取氫氣的技術已十分成熟，甲醇為液體燃料，攜帶方的技術已十分成熟，甲醇為液體燃料，攜帶方便，提高了燃料電池電動汽車的續(xù)駛里程，且燃料能量的便，提高了燃料電池電動汽車的續(xù)駛里程，且燃料能量的利用率利用率可達可達70%-90%，大大高于熱力發(fā)動機的效率。，大大高于熱力發(fā)動機的效率。v 燃料重整反應制取氫氣燃料重整反應制取氫氣 v 車載車載蓄電蓄電系統(tǒng)系統(tǒng) 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車 車

22、載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄車載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄電池及電化學超級電容器。電池及電化學超級電容器。 鉛酸電池鉛酸電池由于其功率密度低，充電時間長，作為未來電動汽由于其功率密度低，充電時間長，作為未來電動汽車動力系統(tǒng)的可能性很小。車動力系統(tǒng)的可能性很小。 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池具有高比能、大功率、快速充放電、耐用性優(yōu)異具有高比能、大功率、快速充放電、耐用性優(yōu)異等特性，是目前混合動力汽車和電動汽車中應用最廣的綠色動力等特性，是目前混合動力汽車和電動汽車中應用最廣的綠色動力蓄電系統(tǒng)。蓄電系統(tǒng)。 鋰離子電池鋰離子電池具有比能量大、比功率高、自放電小、無

23、記憶效具有比能量大、比功率高、自放電小、無記憶效應、循環(huán)特性好、可快速放電等優(yōu)點。應、循環(huán)特性好、可快速放電等優(yōu)點。 超級電容器超級電容器能在短時間內提供或吸收大的功率，為蓄電池數(shù)能在短時間內提供或吸收大的功率，為蓄電池數(shù)十倍，效率高、具有上萬次的循環(huán)壽命和極長的儲存壽命、工作十倍，效率高、具有上萬次的循環(huán)壽命和極長的儲存壽命、工作溫度范圍寬、能使用的基礎材料價格便宜，可以作為混合型動力溫度范圍寬、能使用的基礎材料價格便宜，可以作為混合型動力汽車的有效蓄電系統(tǒng)。汽車的有效蓄電系統(tǒng)。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 電機及其控制技術電機及其控制技術 驅動電機是燃料電池電動汽車的驅動電機是燃料電

24、池電動汽車的心臟心臟，它正向著大功率、高，它正向著大功率、高轉速、高效率和小型化方向發(fā)展。當前驅動電機主要有轉速、高效率和小型化方向發(fā)展。當前驅動電機主要有感應電動感應電動機機和和永磁無刷電動機永磁無刷電動機，永磁無刷電動機具有較高的功率密度和效，永磁無刷電動機具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響應快等優(yōu)點，在電動汽車方面有著廣闊率、體積小、慣性低和響應快等優(yōu)點，在電動汽車方面有著廣闊地應用前景。地應用前景。v 整車布置整車布置 燃料電池汽車在整車布置上存在以下燃料電池汽車在整車布置上存在以下關鍵問題關鍵問題： 燃料電池發(fā)動機及電機的相關布置燃料電池發(fā)動機及電機的相關布置 動力電池組的

25、車身布置、氫氣瓶的安全布置動力電池組的車身布置、氫氣瓶的安全布置 高壓電安全系統(tǒng)的車身布置問題。高壓電安全系統(tǒng)的車身布置問題。 這些核心部件的布置，不僅要考慮布置方案的優(yōu)化及零部件這些核心部件的布置，不僅要考慮布置方案的優(yōu)化及零部件性能實現(xiàn)的便利，還要求相關方案必須考慮傳統(tǒng)汽車不具備的性能實現(xiàn)的便利，還要求相關方案必須考慮傳統(tǒng)汽車不具備的安安全性全性問題。問題。 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 整車熱管理整車熱管理 燃料電池發(fā)動機自身的運行溫度為燃料電池發(fā)動機自身的運行溫度為60706070左右，實際的散左右，實際的散熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在6060，必須依

26、賴整車動力系統(tǒng)提，必須依賴整車動力系統(tǒng)提供供額外的冷卻動力額外的冷卻動力為系統(tǒng)為系統(tǒng)散熱散熱，因此二者之間的，因此二者之間的平衡平衡將是在熱管將是在熱管理開發(fā)方面必須關注的；理開發(fā)方面必須關注的； 目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很小，造目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很小，造成散熱系統(tǒng)設計的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應對，成散熱系統(tǒng)設計的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應對，必須開發(fā)必須開發(fā)專用的零部件專用的零部件。v 整車與動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設計整車與動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設計 燃料電池汽車整車性能參數(shù)是整個燃料電池動力系統(tǒng)開發(fā)的燃料電池汽車整

27、車性能參數(shù)是整個燃料電池動力系統(tǒng)開發(fā)的信息輸入，而虛擬配置的動力系統(tǒng)的特性參數(shù)也影響項目整車性信息輸入，而虛擬配置的動力系統(tǒng)的特性參數(shù)也影響項目整車性能。兩者之間的參數(shù)選擇是一個能。兩者之間的參數(shù)選擇是一個多變量多目標多變量多目標的優(yōu)化設計過程，的優(yōu)化設計過程，而且參數(shù)選擇與行駛工況和控制策略緊密相關。而且參數(shù)選擇與行駛工況和控制策略緊密相關。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 多能源動力系統(tǒng)的能量管理策略多能源動力系統(tǒng)的能量管理策略 能量管理策略對燃料經(jīng)濟性影響很大，且受到動力系統(tǒng)參數(shù)能量管理策略對燃料經(jīng)濟性影響很大，且受到動力系統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。和行駛工況的雙重影響。 完成能量管

28、理策略的工況適應性開發(fā)后，其核心問題轉變?yōu)橥瓿赡芰抗芾聿呗缘墓r適應性開發(fā)后，其核心問題轉變?yōu)楣β史峙鋬?yōu)化功率分配優(yōu)化，當然還必須考慮一些限制條件。按照是否考慮這，當然還必須考慮一些限制條件。按照是否考慮這些變量的歷史狀態(tài)，可以把功率分配策略分為些變量的歷史狀態(tài)，可以把功率分配策略分為瞬時瞬時與與非瞬時非瞬時策略策略兩大類。兩大類。v 燃料電池電動汽車的基本結構燃料電池電動汽車的基本結構 目前燃料電池電動汽車絕大多數(shù)采用的是混合式燃料電池驅目前燃料電池電動汽車絕大多數(shù)采用的是混合式燃料電池驅動系統(tǒng)，動系統(tǒng)，并聯(lián)式并聯(lián)式和和串聯(lián)式串聯(lián)式兩種。兩種。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池電動

29、汽車的基本結構燃料電池電動汽車的基本結構 串聯(lián)式并聯(lián)式燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 燃料電池發(fā)動機燃料電池發(fā)動機 在在FCEVFCEV所采用的燃料電池發(fā)動機中，為保證所采用的燃料電池發(fā)動機中，為保證PEMFCPEMFC（質子交換（質子交換膜燃料電池）膜燃料電池）組的正常工作，除以組的正常工作，除以PEMFCPEMFC組為核心外，還裝有氫氣組為核心外，還裝有氫氣供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應生成物的處理系供給系統(tǒng)、氧氣供給系統(tǒng)、氣體加濕系統(tǒng)、反應生成物的處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉換系統(tǒng)等。統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和電能轉換系統(tǒng)等。v 以氫為燃料的燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)以氫為燃料的燃料電池發(fā)動機

30、系統(tǒng) 氫氣供應、管理和回收系統(tǒng)氫氣供應、管理和回收系統(tǒng) 氣態(tài)氫的儲存裝置通常用氣態(tài)氫的儲存裝置通常用高壓儲氣瓶高壓儲氣瓶來裝載。液態(tài)氫氣雖然來裝載。液態(tài)氫氣雖然比能量高于氣態(tài)氫，由于液態(tài)氫氣是處于高壓狀態(tài)，不但需要用比能量高于氣態(tài)氫，由于液態(tài)氫氣是處于高壓狀態(tài)，不但需要用高壓儲氣瓶儲存，還要用低溫保溫裝置來保持低溫，低溫的保溫高壓儲氣瓶儲存，還要用低溫保溫裝置來保持低溫，低溫的保溫裝置是一套復雜的系統(tǒng)。裝置是一套復雜的系統(tǒng)。氧氣供應和管理系統(tǒng)氧氣供應和管理系統(tǒng) 氧氣的來源有從空氣中獲取氧氣或從氧氣罐中獲取氧氣，空氧氣的來源有從空氣中獲取氧氣或從氧氣罐中獲取氧氣，空氣需要用壓縮機來提高壓力，以增

31、加燃料電池反應的速度。氣需要用壓縮機來提高壓力，以增加燃料電池反應的速度。 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車水循環(huán)系統(tǒng)水循環(huán)系統(tǒng) 燃料電池發(fā)動機在反應過程中將產生燃料電池發(fā)動機在反應過程中將產生水和熱量水和熱量，在水循環(huán)系，在水循環(huán)系統(tǒng)中用冷凝器、氣水分離器和水泵等對反應生成的水和熱量進行統(tǒng)中用冷凝器、氣水分離器和水泵等對反應生成的水和熱量進行處理，其中一部分水可以用于處理，其中一部分水可以用于空氣的加濕空氣的加濕。電力管理系統(tǒng)電力管理系統(tǒng) 燃料電池所產生的是直流電，需要經(jīng)過燃料電池所產生的是直流電，需要經(jīng)過DC/DCDC/DC變換器變換器進行調壓，進行調壓，在采用交流電動機的驅動系統(tǒng)中，還需

32、要用在采用交流電動機的驅動系統(tǒng)中，還需要用逆變器逆變器將直流電轉換將直流電轉換為三相交流電。為三相交流電。 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車、氫氣儲存罐氫氣儲存罐、氫氣壓力調節(jié)儀表氫氣壓力調節(jié)儀表、熱交換器熱交換器、氫氣循環(huán)泵氫氣循環(huán)泵、冷凝器及氣水分離器冷凝器及氣水分離器、水箱水箱、水泵水泵、空氣壓縮機空氣壓縮機、加濕器及去離子過濾裝置加濕器及去離子過濾裝置1010、燃料電池組燃料電池組1111、電源開關電源開關1212、變換器變換器1313、逆變器逆變器1414、驅動電動機驅動電動機燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車、驅動輪驅動輪、驅動系統(tǒng)驅動系統(tǒng)、驅動電動機驅動電動機、逆

33、變器逆變器、輔助電源裝置輔助電源裝置、燃料電池發(fā)動燃料電池發(fā)動機機 、空氣壓縮機空氣壓縮機8 8 、氫氣儲存罐氫氣儲存罐 氫氣供應系統(tǒng)輔助裝置氫氣供應系統(tǒng)輔助裝置1010、中央控制器中央控制器 11 11、變換器變換器燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 輔助動力源輔助動力源 在在FCEVFCEV上燃料電池發(fā)動機是主要電源，另外還配備有輔助動上燃料電池發(fā)動機是主要電源，另外還配備有輔助動力源。根據(jù)力源。根據(jù)FCEVFCEV的設計方案不同，其所采用的輔助動力源也有所的設計方案不同，其所采用的輔助動力源也有所不同，不同， 可以用蓄電池組、飛輪儲能器或超大容量電容器等共同組可以用蓄電池組、飛輪儲能器或

34、超大容量電容器等共同組成成雙電源系統(tǒng)雙電源系統(tǒng)。在具有雙電源系統(tǒng)的。在具有雙電源系統(tǒng)的FCEVFCEV上，驅動電動機的電源上，驅動電動機的電源可以出現(xiàn)以下驅動模式?？梢猿霈F(xiàn)以下驅動模式。 在在FCEVFCEV起動起動時，由輔助動力源提供電能帶動燃料電池發(fā)動機時，由輔助動力源提供電能帶動燃料電池發(fā)動機起動，或帶動車輛起步。起動，或帶動車輛起步。 車輛車輛行駛行駛時，由燃料電池發(fā)動機提供驅動所需全部電能，剩時，由燃料電池發(fā)動機提供驅動所需全部電能，剩余的電能儲存到輔助動力源裝置中。余的電能儲存到輔助動力源裝置中。 在在加速和爬坡加速和爬坡時，若燃料電池發(fā)動機提供的電能還不足以滿時，若燃料電池發(fā)動機

35、提供的電能還不足以滿足足FCEVFCEV驅動功率要求，則由輔助動力源提供額外的電能，使驅動驅動功率要求，則由輔助動力源提供額外的電能，使驅動電動機的功率或轉矩達到最大，形成燃料電池發(fā)動機與輔助動力電動機的功率或轉矩達到最大，形成燃料電池發(fā)動機與輔助動力源同時供電的雙電源的供電模式。源同時供電的雙電源的供電模式。燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車 貯存貯存制動時反饋制動時反饋的電能，以及向車輛的各種電子、電器設備的電能，以及向車輛的各種電子、電器設備提供所需要的電能。提供所需要的電能。 v DC/DC變換器變換器 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

36、，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電源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，電流的方向只是的充電，電流的方向只是單向流動單向流動。 FCEVFCEV采用的輔助電源（蓄電池和超級電容器）在充電和放電采用的輔助電源（蓄電池和超級電容器）在充電和放電時，也是以直流電的形式流動，但電流的方向是可逆性流動。時，也是以直流電的形式流動，但電流的方向是可逆性流動。 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)。DC

37、/DCDC/DC變換器的基本功能變換器的基本功能 當輸入直流電壓在一定范圍內變化時，當輸入直流電壓在一定范圍內變化時，能輸出負載要求的變能輸出負載要求的變 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車化化范圍的直流電壓范圍的直流電壓，例如，輸入電壓最低時也能達到最高輸出電，例如，輸入電壓最低時也能達到最高輸出電壓，輸入電壓最高時也能達到最低輸出電壓等。壓，輸入電壓最高時也能達到最低輸出電壓等。 輸出負載要求的直流電流（范圍輸出負載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的直流負）：能夠輸出足夠的直流負載電流，并且能夠允許在足夠寬的負載變化范圍的情況下（例如，載電流，并且能夠允許在足夠寬的負載變化范圍的情況下（

38、例如，從空載到滿載，即電流從零到最大從空載到滿載，即電流從零到最大) )，設備能正常運行（例如，電，設備能正常運行（例如，電壓穩(wěn)定、不損壞器件）。壓穩(wěn)定、不損壞器件）。FCEVFCEV車載車載DC/DCDC/DC的功能的功能 調節(jié)燃料電池的輸出電壓調節(jié)燃料電池的輸出電壓 調節(jié)整車能量分配調節(jié)整車能量分配 穩(wěn)定整車直流母線電壓穩(wěn)定整車直流母線電壓FCEVFCEV車載車載DC/DCDC/DC的要求的要求 變換器是能量傳遞部件，因此需要轉換效率高，以便提高能變換器是能量傳遞部件，因此需要轉換效率高，以便提高能源的利用率；源的利用率； 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車 為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應具有升壓功為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應具有升壓功能；能； 由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運行進行穩(wěn)壓，由于燃料電池輸出的不穩(wěn)定，需要變換器閉環(huán)運行進行穩(wěn)壓，為了給驅動器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動態(tài)調節(jié)能力；為了給驅動器穩(wěn)定的輸入，需要變換器有較好的動態(tài)調節(jié)能力； 體積小，重量輕。體積小，重量輕。 燃料電池電動汽車燃料電池電動汽車v 電控系統(tǒng)電控系統(tǒng) 燃料電池汽車的動力電控系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動機管理系燃料電池汽車的