汽車氫燃料電池相關技術研究

陽逍

四川希望汽車技師學院 四川省資陽市 641300

社會的發展，交通運輸產業變革也更為深入，特別是汽車工業，基于人類出行的便利需要，每年汽車產量大幅增加，而后續也引發了能源和環境方面的思考擔憂。新能源汽車的開發提上議程，開發無污染，低噪音，節能減排的新能源汽車成為汽車產業發展的主導方向。基于此，汽車氫燃料電池的研發也更為深入。氫燃料電池的開發與汽車產業應用研究也具有現實必要性。而氫燃料電池汽車的開發與推廣需要做好關鍵技術的分析。

1 汽車氫燃料電池開發的戰略意義

氫燃料電池開發與汽車產業應用推廣具有十分重要的戰略意義。一方面我國對國際社會做出鄭重承諾，并簽署了《巴黎協定》，承諾將嚴格控制二氧化碳的排放，應對全球變暖的趨勢，做好環境保護工作。另一方面我們面臨著能源緊缺的時代挑戰。我國石油進口依賴度高達70%以上，過度消費化石燃料也導致嚴重的環境污染問題，霧霾嚴重，二氧化硫等引發的酸雨等，嚴重威脅人體健康。著眼于社會的發展，走可持續之路必須做好新能源的開發。而氫燃料電池的研究與開發使得人類進入能源發展的新時代，可以緩解能源緊缺的壓力，也兌現環境保護的承諾，因此汽車氫燃料電池的研發必須持續而深入?；诖耍覈?016年發布國家創新驅動發展戰略綱要，倡導發展引領產業變革的顛覆性技術，也明確提出開發氫能、燃料等新能源技術。氫能和燃料電池技術的創新研發成為重點科研項目，我國用實際行動證明我們在氫燃料電池研發方面的決心。

2 氫燃料電池汽車的關鍵技術

2.1 整車總體設計

氫燃料電池汽車采用新的動力系統和點回饋制動系統，必須基于氫燃料電池汽車混合動力特點，進行相應的整車設計調整?；谖磥砥囋O計方法和現有汽車設計方面是最常見的設計思路。而現有汽車設計方法更優。關注燃料電池技術、動力系統總成匹配、整車控制和通訊等關鍵技術的開發，加強總體優化部署。安全第一，繼承為主，確保一致，基于標準是整車總體設計的四大原則。具體來說，從整車設計目標的明確到整車參數的確定到車身設計，底盤三維參數的布置，再到干涉檢查，運動校核，人機工程學校核，整車性能計算，流程清晰，設計到位。

2.2 動力系統參數匹配

動力系統參數匹配也是氫燃料電池汽車研發的關鍵技術。具體來說涉及四個方面。其一是燃料電池的功率。氫燃料電池作為新能源汽車的主要動力來源，參數匹配時重點做好額定功率和最大功率參數的選擇，燃料電池最大連續輸出功率必須滿足汽車滿載，最高車速行駛功率、氫燃料電池消耗功率，附屬配置消耗功率總和。其二是超級電容的應用。超級電容主要是彌補氫燃料電池功率的不足?？梢暂o助車輛進行爬坡，加速，一般需要基于峰值功率和氫燃料連續功率差進行電容功率的設定。根據峰值功率持續時間確定輸出的能量。其三是電機參數的匹配。電機最大功率需要滿足最高車速加速爬坡時的功率要求。電機作為發電機時也必須達到滿足整車控制策略中超級電容充電功率需求。其四是傳動參數的設置。最大傳動比和最小傳動比設計時，必須綜合考慮到汽車爬坡，附著率及汽車最低穩定車速等問題。最大傳動比的設定依據是汽車最大爬坡和最低穩定車速。而傳動系最小的傳動比只要能滿足氫燃料電池最高車速要求即可。變速器和主減速器的傳動比設定。為了配合電機的轉速，確保其能獲得抵擋的爬坡能力，中檔的加速特性和高檔的最高車速功率，必須對應合適的減速器和主減速器傳動比。

2.3 氫燃料電池汽車電機的控制技術

氫燃料電池混合動力汽車最為關鍵的部位是驅動機。因此電機及電機控制技術的研究必不可少。就汽車發展來說，驅動機的發展趨勢是高轉速、大功率、高效率和小型化方向。當前的汽車驅動機主要有直流電機、感應電機、永磁同步電機及開發磁阻電機。其中直流電機其功率密度低，功率低，控制性好，可靠性一般，成熟性好，轉速在6000，技術成熟。而感應電機功率密度和功率都高于直流電機，控制性能略差，成熟性好，轉速可以最高達到15000，技術成熟。永磁同步電機其功率高，控制性好，成熟性好，電機成本較高，技術較為成熟，最高轉速是10000.而開關磁阻電機其功率密度，功率都高，控制性，可靠性，成熟性好，電機成本也低，但是技術應用并不成熟。

2.4 整車通信網絡技術

對于氫燃料電池汽車來說，其驅動系統與以往傳統汽車不同，采用了電力電子元器件，整車的控制系統更復雜，傳統布線方式也增加了電路的復雜度，后期維修較為困難，可以提升整車控制網絡的穩定性。因此整車通信網絡技術也是關鍵技術之一。基于整車通信的差異性需求，將其分解為基于CAN和LIN的兩種線路系統，加強車身網絡控制，無論是燃料電池還是整車控制器，還是超級電容及車身司機模塊都采用的雙向的收發式節點，做好信號的及時接收與處理，確保汽車運行的穩定，功能正常發揮。

2.5 整車控制系統設計技術

整車控制系統設計技術直接關系到整車的運行，也影響汽車的可靠性，影響氫燃料電池的使用。整車控制系統也被認為是氫燃料電池汽車開發中的關鍵技術和環節。其涉及到CAN總線路控制技術和數據采集技術，通過對操作信號的獲取與分析，主要是加速踏板，制定踏板，車輛速度，各部件工作參數的分析，實現整車控制命令的發出與執行，進行能量源的功率分配，也及時發現故障并處理故障。當前氫燃料電池汽車控制系統智能化發展的趨勢越來越明顯，無論是變結構控制還是模糊控制還是自適應控制等，都朝著智能化方向發展，應用于氫燃料電池汽車整體控制系統中。通過整車控制系統的優化部署達到系統能量合理分配的目的，整車處于最佳的行駛狀態。當出現再生制動時，也能實現再生能量的調整。

3 氫燃料電池汽車產業未來發展的思考

氫燃料電池是傳統內燃機動力的替代性能源，就當前的市場形勢和時代發展看，其具有顯著的競爭優勢，發展燃料電池技術是我國能源多元化的重要選項之一。

首先，無論是產業源頭制氫還是氫氣的運輸存儲及分銷等，都需要與科研緊密結合。而這也需要我們做出大量的努力。不同于傳統的汽車生產鏈條，其產業發展是循序漸進的過程，必須基于國家層面加強氫氣的制取、運輸及分銷存儲等，我國必須規范氫氣的生產儲存及銷售，對標歐洲，制定全國氫氣站規劃線路方案是當務之急。

其次必須關注氫燃料電池汽車產品的創新研發，掌握核心與關鍵的技術。加強共性技術的研發，也實現創新主體的新培養。因為氫燃料電池汽車屬于新興事物，其必然面臨著一系列的挑戰，需要我們基于產業發展的實際，在政府的主導下，加強與行業協會的關聯，多方協助，實現氫燃料電池汽車的持久穩定研發。就氫燃料電池汽車的發展現狀和未來發展趨勢，氫燃料電池汽車的另一個影響就是移動發電機的研發推廣。將氫燃料電池汽車作為發電機，借助回輸電達到大電網波谷調節的目的。針對當前調研顯示的電動車有90%的時間處于非行駛狀態的實際，我們可以考慮將氫燃料電池汽車接入到智能電網中，將實現未來電網的質的飛躍。

結束語：時代的不斷發展，能源節約的呼聲越來越高，走綠色環保之路，堅持可持續發展也成為社會發展，產業發展的主導方向。在這樣的時代大背景下，氫燃料電池汽車的研發與推廣具有現實必要性。也開啟了新能源汽車研發的大門，作為當今汽車技術發展的重要方向之一，氫燃料電池必須作為新能源汽車技術的重要構成。理應得到科技研發的關注。我國也加大對氫燃料電池汽車產業發展的支持，出臺了相關的政策，也加大經濟和科技投入。但是對比發達國家，我國氫燃料電池汽車的研發還有很長的路要走，還需要我們加大這方面的人才培養，掌握核心關鍵的技術，實現我國氫燃料電池汽車產業發展基礎的奠定。