燃料電池電動汽車技術詳解(二)

◆文/山東 焦建剛

燃料電池電動汽車技術詳解(二)

◆文/山東 焦建剛

焦建剛

(本刊編委會委員)

現(xiàn)任濟南魯鷹豐田汽車銷售服務有限公司總工程師，山東交通學院客座教授；曾任博世山東培訓基地主任。對當代汽車故障診斷以及電子控制系統(tǒng)波形有較深入的研究，著有《現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)波形分析》一書。

(接2016年第10期)

三、豐田燃料電池電動汽車的驅動模式

豐田將于2017年量產氫燃料電池汽車Mirai。Mirai意為“未來”，豐田汽車對于未來的探索在該車型上得以實現(xiàn)。從開始研發(fā)到最終上市，豐田耗費20余年的時間，該車核心組件包括動力控制單元、燃料電池堆、驅動用電池、電動機、升壓轉換器以及高壓儲氫罐，具備低重心化、空氣動力性能、最優(yōu)化的重量分配以及高強度車身等特點。下面就其驅動模式進行簡介。

燃料電池電動汽車行駛工況分為以下四種：啟動、一般行駛、加速行駛以及減速行駛，驅動模擬圖如圖11所示。

1.啟動工況

車輛啟動時，由車載蓄電池進行供電，此時，來自鎳錳蓄電池的電源直接提供給驅動電機，使電機工作，驅動車輪轉動，此時，燃料電池不參與工作(圖12)。

圖11 驅動模擬圖

圖12 啟動工況

2.一般行駛工況

一般行駛工況下，來自高壓儲氫罐的氫氣經高壓管路提供給燃料電池，同時，來自空氣壓縮機的氧氣也提供給燃料電池，經質子交換膜內部產生電化學反應，產生大約300V左右的電壓，然后經DC/DC轉換器進行升壓，轉變?yōu)?50V的直流電，經動力控制單元轉換為交流電提供給驅動電機，驅動電機運轉，帶動車輪轉動(圖13)。

圖13 一般行駛工況

3.加速行駛工況

加速時，除了燃料電池正常工作外，需要由車載蓄電池參與工作，以提供額外的電力供驅動電機使用，此時車輛處于大負荷工況下(圖14)。

圖14 加速行駛工況

4.減速行駛工況

減速時，車輛在慣性作用下行駛，此時燃料電池不再工作，由車輛減速所產生的慣性能量由驅動電機轉換為發(fā)電機進行發(fā)電，經動力控制單元將其轉換為直流電后，反饋回車載蓄電池進行電能的回收(圖15)。

圖15 減速行駛工況

四、燃料電池電動汽車特點

1.燃料電池電動汽車優(yōu)點

與傳統(tǒng)內燃機汽車以及純電動汽車相比，燃料電池電動汽車具有以下優(yōu)點。

(1)效率高：燃料電池的工作過程是化學能轉化為電能的過程，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉換效率較高，可以達到30%以上，而傳統(tǒng)汽油機和柴油機汽車效率分別為16%～18%和22%～24%。

(2)續(xù)駛里程長：采用燃料電池系統(tǒng)作為能量源，克服了純電動汽車續(xù)駛里程短的缺點，其長途行駛能力及動力性已經接近于傳統(tǒng)汽車。

(3)綠色環(huán)保：燃料電池沒有燃燒過程，以純氫作燃料，生成物只有水，屬于零排放。采用其他富氫有機化合物用車載重整器制氫作為燃料電池汽車的燃料，生成物除水之外還可能有少量的CO2，接近零排放。

(4)過載能力強：燃料電池除了在較寬的工作范圍內具有較高的工作效率外，其短時過載能力可達額定功率的200%或更大。

(5)低噪聲：燃料電池屬于靜態(tài)能量轉換裝置，除了空氣壓縮機和冷卻系統(tǒng)以外無其他運動部件，因此與內燃機汽車相比，運行過程中噪聲和振動都較小。

2.燃料電池電動汽車的缺點

(1)燃料電池電動汽車的制造成本和使用成本較高。

(2)輔助設備復雜，且重量和體積較大。

(3)啟動時間長，系統(tǒng)抗振能力有待進一步提高。此外，在儲氫裝量受到振動或者沖擊時，各種管道的連接和密封的可靠性需要進一步提高。

(全文完)