燃料電池電動汽車的研究

1、 149實驗研究 ·燃料電池電動汽車的研究王 盛 王寶琦 李曉磊 汪作霖 楊宇軒 (齊齊哈爾工程學院,黑龍江 齊齊哈爾 161005 摘 要:隨著人類環(huán)保意識的不斷提升 , 汽車行業(yè)同樣與時俱進, 不斷研發(fā)最新型的節(jié)能環(huán)保車, 其中包括燃料電池電動汽車。 燃料電池電 動汽車實質(zhì)上是電動汽車的一種 , 在車身 、 動力傳動系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)等方面, 燃料電池電動汽車與普通電動汽車基本相同, 主要區(qū)別在于動力 電池的工作原理不同。 本文從燃料電池電動汽車的結構原理方面進行了 詳細的分析。 關鍵詞:汽車行業(yè); 燃料電池電動汽車; 結構原理作者簡介:王盛, 王寶琦, 李曉磊, 汪作霖, 楊宇軒

2、, 齊齊哈爾 工程學院交通工程系汽車服務工程專業(yè)在校本科生。采用燃料電池作電源的電動汽車稱為燃料電池電動汽車 (Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV。 FCEV一般以質(zhì)子交換膜 燃料電池 (PEMFC作為車載能量源。1 燃料電池電動汽車的分類 FCEV按主要燃料種類可分為:(1 以純氫氣為燃料的 FCEV; (2 經(jīng)過重整后產(chǎn)生的氫氣為燃料的FCEV。 FCEV按 “多電源” 的配置不同, 可分為:(1 純?nèi)剂想?池驅動 (PFC 的FCEV; (2 燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅動 (FC+B 的FCEV; (3 燃料電池與超級電容聯(lián)合驅動 (FC+C 的FCEV; (

3、4 燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯(lián)合驅動 (FC+B+C 的FCEV。2 燃料電池電動汽車的結構原理純?nèi)剂想姵仉妱悠囍挥腥剂想姵匾粋€動力源, 汽車的所 有功率負荷都由燃料電池承擔。 燃料電池系統(tǒng)將氫氣與氧氣反 應產(chǎn)生的電能通過總線傳給驅動電動機, 驅動電動機將電能轉 化為機械能再傳給傳動系, 從而驅動汽車前進。優(yōu)點:(1 結構簡單, 便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置; (2 系統(tǒng)部件少, 有利于整車的輕量化; (3 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)濟性。缺點:(1 燃料電池功率大、 成本高; (2 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; (3 不能進行制

4、動能 量回收。為 了有效地解決上述問題, 必須使用輔助能量存儲系統(tǒng)作 為燃料電池系統(tǒng)的輔助動力源, 和燃料電池聯(lián)合工作, 組成混 合驅動系統(tǒng)共同驅動汽車。 從本質(zhì)上來講, 這種結構的燃料電 池電動汽車采用的是混合動力結構。 它與傳統(tǒng)意義上的混合動力結構的差別僅在于發(fā)動機是燃料電池而不是內(nèi)燃機。 在燃料 電池混合動力結構汽車中, 燃料電池和輔助能量存儲裝置共同 向電動機提供電能, 通過變速機構來驅動汽車行駛。優(yōu)點:(1 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?nèi)剂想姵亟Y構形式有很大 的降低, 從而大大地降低了整車成本; (2 燃料電池可以在比 較好的設定的工作

5、條件下工作, 工作時燃料電池的效率較高; (3 系統(tǒng)對燃料電池的動態(tài)響應性能要求較低; (4 汽車的冷 啟動性能較好; (5 制動能量回饋的采用可以回收汽車制動時 的部分動能, 該措施可能會增加整車的能量效率。缺點:(1 蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加, 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; (2 蓄電池充放電過程會有能量損耗; (3 系統(tǒng)變得 復雜, 系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。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), 將燃料電池與輔助動力源相結合, 燃料電池可以 只滿足持續(xù)功率需求, 借助輔助動力源提供加速、 爬坡等所需 的峰值

6、功率, 而且在制動時可以將回饋的能量存儲在輔助動力 源中 。 混合式燃料電池驅動系統(tǒng)有并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種。在FCEV所采用的燃料電池發(fā)動機中, 為保證PEMFC組的正 常工作, 除以PEMFC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統(tǒng)、 冷卻系統(tǒng)和電 能轉換系統(tǒng)等。 只有這些輔助系統(tǒng)匹配恰當和正常運轉, 才能 保證燃料電池發(fā)動機正常運轉。(1 氫氣供應、 管理和回收系統(tǒng)。 氣態(tài)氫的儲存裝置通常 用高壓儲氣瓶來裝載。 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)。(2 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, 空氣需要用壓縮機來提高壓力, 以 增加燃料電池反應的速度。(3 水循環(huán)系統(tǒng)。 燃料電池發(fā)動機在反應過程中將產(chǎn)生水 和熱量, 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處理, 其中一部分水可以用于空氣的加 濕。(4 電力管理系統(tǒng)。 燃料電池所產(chǎn)生的是直流電, 需要經(jīng) 過DC/DC變換器進行調(diào)壓, 在采用交流電動機的驅動系統(tǒng)中, 還 需要用逆變器將直流電轉換為三相交流電。 燃料電池電動汽車的研究