燃料電池電動(dòng)汽車

1、新能源汽車技術(shù) 第 1 頁1 1 概述概述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) 3 3 燃料電池電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)燃料電池電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)4 4 燃料電池電動(dòng)汽車車型實(shí)例燃料電池電動(dòng)汽車車型實(shí)例新能源汽車技術(shù) 第 2 頁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 FCEV按主要燃料種類可分為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。新能源汽車技術(shù) 第 3 頁FCEV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）純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)（PFC）的FCEV；（2）燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B

2、）的FCEV；（3）燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+C）的FCEV；（4）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+C）的FCEV。 1.1 燃料電池電動(dòng)汽車的類型燃料電池電動(dòng)汽車的類型新能源汽車技術(shù) 第 4 頁 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)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系燃料電池系統(tǒng)新能源汽車技術(shù) 第 5 頁優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)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。缺點(diǎn)缺點(diǎn)： （1）燃料電池功率大、成本高； （2）對(duì)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了 很高的要求；

3、（3）不能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。 新能源汽車技術(shù) 第 6 頁 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)電機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(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)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池將儲(chǔ)存回饋的能量。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系燃料電池系統(tǒng)蓄電池新能源汽車技術(shù) 第 8 頁優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （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； （2）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； （3）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； （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，該措施可能會(huì)增加整車的能量效率。 新能源汽車技術(shù) 第 9 頁缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）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)力汽車上表現(xiàn)更為明顯；（2）蓄電池充放電過程會(huì)有能量損耗；（3）系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。 新能源汽車技術(shù) 第 10 頁 這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+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，循環(huán)壽命長，但是超級(jí)電容的能量密度較小。新能源汽

5、車技術(shù) 第 11 頁 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)。 燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容一起為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池和超級(jí)電容將儲(chǔ)存回饋的能量。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系燃料電池系統(tǒng)蓄電池超級(jí)電容新能源汽車技術(shù) 第 13 頁 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)形式的優(yōu)點(diǎn)更加明顯，尤其是在部件效率，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： （1）增加了超級(jí)電容，系統(tǒng)質(zhì)量將可能增加； （2）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。 新能源汽車技術(shù)

6、 第 14 頁 1.燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)：燃料電池汽車的優(yōu)點(diǎn)：（1）效率高：可以達(dá)到30%以上；（2）續(xù)駛里程長；（3）綠色環(huán)保：生成物只有水，屬于零排放；（4）過載能力強(qiáng)；（5）低噪音：運(yùn)行過程中噪音和振動(dòng)都較??；（6）設(shè)計(jì)方便靈活。 新能源汽車技術(shù) 第 15 頁 （1）燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高 （2）輔助設(shè)備復(fù)雜，且質(zhì)量和體積較大 （3）起動(dòng)時(shí)間長，系統(tǒng)抗振能力有待進(jìn)一步提高 采用氫氣為燃料的FCEV起動(dòng)時(shí)間一般需要3分多鐘，而采用甲醇或者汽油重整技術(shù)的FCEV則長達(dá)10多分鐘，比起內(nèi)燃機(jī)汽車起動(dòng)的時(shí)間長得多，影響其機(jī)動(dòng)性能。 新能源汽車技術(shù) 第 16 頁 （1）燃料電池的比能量

7、不低于150200Wh /kg, 比功率不低于300400 W/kg。要求達(dá)到或超過美國先進(jìn)電池聯(lián)合體（USABC）所提出的電池性能和使用壽命的指標(biāo)。 （2）可以在- 20 的條件下起動(dòng)和工作, 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。 （3）各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和可靠性, 可以在負(fù)荷變化情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。并能夠耐受FCEV行駛時(shí)的振動(dòng)和沖擊。 新能源汽車技術(shù) 第 17 頁 （4）FCEV除排放達(dá)到零污染的要求外, 動(dòng)力性能要求基本達(dá)到或接近內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力性能的水平, 性能穩(wěn)定可靠。 （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)盡可能地減小, 以符合FCE

8、V的裝車要求。 （6）燃料充添方便、迅速, 燃料電池能夠方便地進(jìn)行電極和催化劑的更換和修理。 （7）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)反饋電能的要求。 新能源汽車技術(shù) 第 18 頁 1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(guān)鍵技術(shù)之一。燃料電池堆技術(shù)發(fā)展趨勢可用耐久性、低溫啟動(dòng)溫度、凈輸出比功率以及制造成本四個(gè)要素來評(píng)判。 降低成本也是燃料電池堆研究的目標(biāo)，控制成本的有效手段是減少材料費(fèi)(電催化劑、電解質(zhì)膜、雙極板等)，降低加工費(fèi)(膜電極制作、雙極板加工和系統(tǒng)裝配等)。 新能源汽車技術(shù) 第 19 頁 儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見的車載儲(chǔ)氫

9、系統(tǒng)有高壓儲(chǔ)氫、低溫儲(chǔ)存液氫和金屬氫化物儲(chǔ)氫三種基本方案。 如何有效減小儲(chǔ)氫系統(tǒng)的質(zhì)量與體積，是車載儲(chǔ)氫技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。一個(gè)比較理想的方案是，采用儲(chǔ)氫材料與高壓儲(chǔ)氫復(fù)合的車載儲(chǔ)氫新模式。新能源汽車技術(shù) 第 20 頁 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(xué)超級(jí)電容器。 （1）鉛酸電池由于其功率密度低，充電時(shí)間長，作為未來電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的可能性很小。 （2）鎳氫蓄電池具有高比能、大功率、快速充放電、耐用性優(yōu)異等特性，是目前混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車中應(yīng)用最廣的綠色動(dòng)力蓄電系統(tǒng)。新能源汽車技術(shù) 第 21 頁 （3）鋰離子電池具有比能量大、比功率高、自放電小、無記憶效應(yīng)、循環(huán)特

10、性好、可快速放電等優(yōu)點(diǎn)。 （4）超級(jí)電容器能在短時(shí)間內(nèi)提供或吸收大的功率，為蓄電池?cái)?shù)十倍，效率高、具有上萬次的循環(huán)壽命和極長的儲(chǔ)存壽命、工作溫度范圍寬、能使用的基礎(chǔ)材料價(jià)格便宜，可以作為混合型動(dòng)力汽車的有效蓄電系統(tǒng)。新能源汽車技術(shù) 第 22 頁 驅(qū)動(dòng)電機(jī)是燃料電池電動(dòng)汽車的心臟，它正向著大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁無刷電動(dòng)機(jī)，永磁無刷電動(dòng)機(jī)具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車方面有著廣闊地應(yīng)用前景。新能源汽車技術(shù) 第 23 頁 燃料電池汽車在整車布置上存在以下關(guān)鍵問題： 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的相關(guān)布置 動(dòng)力電池組的車身

11、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。 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(shí)現(xiàn)的便利，還要求相關(guān)方案必須考慮傳統(tǒng)汽車不具備的安全性問題。 新能源汽車技術(shù) 第 24 頁（1）燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)行溫度為6070左右，實(shí)際的散熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在60，必須依賴整車動(dòng)力系統(tǒng)提供額外的冷卻動(dòng)力為系統(tǒng)散熱，因此二者之間的平衡將是在熱管理開發(fā)方面必須關(guān)注的； （2）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(shè)計(jì)的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應(yīng)對(duì)，必須開發(fā)專用的零部件。 新能源汽車技術(shù) 第 25 頁 燃料電池汽車整車性能參數(shù)是整個(gè)燃

12、料電池動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)的信息輸入，而虛擬配置的動(dòng)力系統(tǒng)的特性參數(shù)也影響項(xiàng)目整車性能。兩者之間的參數(shù)選擇是一個(gè)多變量多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，而且參數(shù)選擇與行駛工況和控制策略緊密相關(guān)。新能源汽車技術(shù) 第 26 頁 能量管理策略對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性影響很大，且受到動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和行駛工況的雙重影響。 完成能量管理策略的工況適應(yīng)性開發(fā)后，其核心問題轉(zhuǎn)變?yōu)楣β史峙鋬?yōu)化，當(dāng)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瞬時(shí)與非瞬時(shí)策略兩大類。 新能源汽車技術(shù) 第 27 頁 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)，并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種。串聯(lián)式并聯(lián)式新能源汽車技術(shù) 第 30

13、 頁 在FCEV所采用的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)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(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。新能源汽車技術(shù) 第 31 頁（1）氫氣供應(yīng)、管理和回收系統(tǒng)）氫氣供應(yīng)、管理和回收系統(tǒng) 氣態(tài)氫的儲(chǔ)存裝置通常用高壓儲(chǔ)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(chǔ)氣瓶儲(chǔ)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(fù)雜的系統(tǒng)。 （2）氧氣供應(yīng)和管理系統(tǒng)）氧氣供應(yīng)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(jī)來提高壓力，以增加燃

14、料電池反應(yīng)的速度。 新能源汽車技術(shù) 第 32 頁 （3）水循環(huán)系統(tǒng)）水循環(huán)系統(tǒng) 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)在反應(yīng)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(duì)反應(yīng)生成的水和熱量進(jìn)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)）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(jìn)行調(diào)壓，在采用交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還需要用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電。 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)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)總布置基本結(jié)構(gòu)模型驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)逆

15、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變換器新能源汽車技術(shù) 第 35 頁 （1）甲醇儲(chǔ)存裝置）甲醇儲(chǔ)存裝置 甲醇可以用普通容器儲(chǔ)存，不需要加壓或冷藏。 （2）燃燒器、加熱器和蒸發(fā)器）燃燒器、加熱器和蒸發(fā)器 甲醇進(jìn)入改質(zhì)器之前，要蒸發(fā)成甲醇和純水的混合氣。 （3）重整器）重整器 不同的碳?xì)浠衔锊捎貌煌闹卣夹g(shù)，在重整過程中的溫度、壓力會(huì)有所不同 。 （4）氫氣凈化器）氫氣凈化器 改質(zhì)器所產(chǎn)生的H2因?yàn)楹猩倭康腃O，因此必須對(duì)H2進(jìn)行凈化處理。 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)甲醇儲(chǔ)存罐帶燃燒器的改質(zhì)器凈化裝置氫氣循環(huán)泵冷凝器及氣水分離器水箱水泵空氣壓

16、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)驅(qū)動(dòng)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 重整器 9 甲醇罐 氫氣供應(yīng)系統(tǒng)輔助裝置中央控制器 11變換器總布置基本模型新能源汽車技術(shù) 第 38 頁 在FCEV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)FCEV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)。在具有雙電源系統(tǒng)的FCEV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。 新能源汽車技術(shù) 第 39 頁 （1）在FCEV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)，

17、或帶動(dòng)車輛起步。 （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，剩余的電能儲(chǔ)存到輔助動(dòng)力源裝置中。 （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FCEV驅(qū)動(dòng)功率要求，則由輔助動(dòng)力源提供額外的電能，使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率或轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，形成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力源同時(shí)供電的雙電源的供電模式。 （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)備提供所需要的電能。 新能源汽車技術(shù) 第 40 頁 1裝置裝置DC/DC的必要性的必要性 FCEV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的充電，電流的方向只是單向

18、流動(dòng)。 FCEV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)。 FCEV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)。 新能源汽車技術(shù) 第 41 頁 2DC/DC變換器的基本功能變換器的基本功能 （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。 （2）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)載變化范圍的情況下（例如，從空載到滿載，即電流從零到最大)，設(shè)備能正常運(yùn)行（例如，電壓穩(wěn)定、

19、不損壞器件）。 新能源汽車技術(shù) 第 42 頁 3FCEV車載車載DC/DC的功能的功能 （1）調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓 （2）調(diào)節(jié)整車能量分配 （3）穩(wěn)定整車直流母線電壓 新能源汽車技術(shù) 第 43 頁 4FCEV車載車載DC/DC的要求的要求 （1）變換器是能量傳遞部件，因此需要轉(zhuǎn)換效率高，以便提高能源的利用率； （2）為了降低對(duì)燃料電池的輸出電壓要求，變換器應(yīng)具有升壓功能； （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)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； （4）體積小，重量輕。 新能源汽車技術(shù) 第 44 頁 （1）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用換向器和電刷，保證了勵(lì)磁

20、磁動(dòng)勢與電樞磁動(dòng)勢的嚴(yán)格正交，易于控制。但直流電機(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。 （2）交流電機(jī)堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、免維護(hù)、成本低，尤其適合惡劣的工作環(huán)境。其缺點(diǎn)在于損耗大、效率低、功率因數(shù)低，進(jìn)而導(dǎo)致控制器容量增加，成本上升。 新能源汽車技術(shù) 第 45 頁 （3）永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通?？煞譃榉讲ü╇姷臒o刷直流電機(jī)和正弦波供電的永磁同步電機(jī)。轉(zhuǎn)子采用永磁體，不需要?jiǎng)?lì)磁。因此，功率因數(shù)大，電機(jī)具有較高的功率密度和效率。但仍然存在成本高、可靠性較低及使用壽命較短的缺點(diǎn)。 （4）開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種基于“磁阻最小原理”設(shè)計(jì)的新型電機(jī)，定子、轉(zhuǎn)子均采用凸極結(jié)構(gòu)，

21、具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、控制簡便及功率/轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)越的特點(diǎn)。但存在噪聲大、轉(zhuǎn)矩和母線電流脈動(dòng)嚴(yán)重的缺陷。新能源汽車技術(shù) 第 46 頁 燃料電池汽車的動(dòng)力電控系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)( FCE - ECU) 、蓄電池管理系統(tǒng)(BMS) 、動(dòng)力控制系統(tǒng)( PCU ) 及整車控制系統(tǒng)(VMS)組成，而原型車的變速器系統(tǒng)會(huì)簡化很多。燃料電池汽車的動(dòng)力電控系統(tǒng)新能源汽車技術(shù) 第 48 頁 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)按整車控制器的功率設(shè)定值控制燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行時(shí)進(jìn)行故障診斷及管理。其具體組成包括供氫系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、水循環(huán)及冷卻系統(tǒng)。 新能源汽車技

22、術(shù) 第 49 頁 蓄電池管理系統(tǒng)分上下兩級(jí)，下級(jí)LECU負(fù)責(zé)蓄電池組電壓、溫度等物理參數(shù)的測量，進(jìn)行過充過放保護(hù)及組內(nèi)組間均衡；上級(jí)CECU負(fù)責(zé)動(dòng)力蓄電池組的電流檢測及SOC估算，以及相關(guān)的故障診斷，同時(shí)運(yùn)行高壓漏電保護(hù)策略。 新能源汽車技術(shù) 第 50 頁 動(dòng)力控制系統(tǒng)包含DC /DC變換器、DC/AC變換器、DCL和空調(diào)控制器及空調(diào)壓縮機(jī)變頻器，以及電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器。DC /DC變換器和DC /AC變換器的作用如前所述，DCL負(fù)責(zé)將高壓電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)零部件所需的12V/24V低壓電源，電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器負(fù)責(zé)電動(dòng)機(jī)及PCU的水冷卻系統(tǒng)控制。 新能源汽車技術(shù) 第 51 頁 整車控制系統(tǒng)的核

23、心是多能源控制策略（包括制動(dòng)能量回饋功能），它一方面接收來自駕駛員的需求信息（如點(diǎn)火開關(guān)、油門踏板、制動(dòng)踏板、檔位信息等）實(shí)現(xiàn)整車工況控制；另一方面基于反饋的實(shí)際工況（如車速、制動(dòng)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等）以及動(dòng)力系統(tǒng)的狀況（燃料電池及動(dòng)力蓄電池的電壓、電流等），根據(jù)預(yù)先匹配好的多能源控制策略進(jìn)行能量分配調(diào)節(jié)控制。新能源汽車技術(shù) 第 52 頁3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 1電機(jī)的選型 高功率密度以滿足布置要求；瞬時(shí)過載能力強(qiáng)；以滿足加速和爬坡要求；寬的調(diào)速范圍(包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū))；轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；在運(yùn)行的整個(gè)轉(zhuǎn)矩- 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有高效率；以提高能量利用率；四象限運(yùn)行；狀態(tài)切換平滑；高可靠性及容錯(cuò)控制；

24、成本合理 。新能源汽車技術(shù) 第 53 頁 與傳統(tǒng)汽車相類似，為保證各種行駛工況需要，滿足汽車動(dòng)力性要求，必須根據(jù)車輛動(dòng)力性指標(biāo)來研究電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能參數(shù)，即由最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度三個(gè)指標(biāo)來評(píng)定。電機(jī)參數(shù)主要包括額定功率、最大功率、最大轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速以及擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)。 定義擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速之比，即： ennmax新能源汽車技術(shù) 第 54 頁 （1）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速由最高車速和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比來確定。增大電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速有利于降低其體積、減輕重量，最高轉(zhuǎn)速的增大導(dǎo)致傳動(dòng)比增大，從而會(huì)加大傳動(dòng)系統(tǒng)的體積、重量和傳動(dòng)損耗

25、。因此應(yīng)綜合考慮各方面因素決定電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 Riun6 . 330maxmax新能源汽車技術(shù) 第 55 頁 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩由最大爬坡度確定，汽車爬坡時(shí)車速很低，可忽略空氣阻力. maxmax0maxsincosmgmgfiRTg新能源汽車技術(shù) 第 56 頁 擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)的取值對(duì)于降低電機(jī)系統(tǒng)功率需求、減小電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量與體積、提高整車效率有著非常重要的意義。擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)的取值取決于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)類型及控制算法，通常取24。 水平路面上，車輛從0到目標(biāo)車速 的加速時(shí)間為：auauwftuFFFmt0dauwftuFFFmt0d新能源汽車技術(shù) 第 57 頁 車輛行駛驅(qū)動(dòng)力與電機(jī)峰值功率

26、、最大轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系為： 一般峰值功率 滿足加速性能指標(biāo)要求，其折算后的最大轉(zhuǎn)矩 也可以滿足汽車爬坡性能指標(biāo)要求，即 ，因此，電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩可設(shè)計(jì)為 = 。 eeetnnnRPinnRiTRnPiFmax00maxmax09550/9550maxPmaxTgTmaxmaxTmaxTmaxT新能源汽車技術(shù) 第 58 頁 （3）額定功率和額定轉(zhuǎn)矩 電機(jī)額定功率主要克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力，可由下式確定： 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為： 3600)(uFFPwfeeeenPT/9550新能源汽車技術(shù) 第 59 頁 （4）工作電壓 工作電壓的選擇設(shè)計(jì)到用電安全、元器件的工作條件等問題，工作電壓過低，導(dǎo)致電流過大，從而

27、導(dǎo)致系統(tǒng)電阻損耗增大，而工作電壓過高，對(duì)逆變器的安全性造成威脅。一般燃料電池汽車工作電壓為280400V，但目前工作電壓的設(shè)計(jì)有增高的趨勢。 新能源汽車技術(shù) 第 60 頁 傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比是傳動(dòng)系中各部件傳動(dòng)比的乘積，主要是變速器和主減速器的傳動(dòng)比的乘積。 電機(jī)的機(jī)械特性對(duì)驅(qū)動(dòng)車輛十分有利，傳動(dòng)系統(tǒng)有多個(gè)擋位時(shí)，驅(qū)動(dòng)力圖與內(nèi)燃機(jī)汽車相比也有其特殊性，所以在選擇擋位數(shù)和速比、確定最高車速時(shí)也與內(nèi)燃機(jī)汽車不同。新能源汽車技術(shù) 第 61 頁 （1）電機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速的范圍足夠大，即 時(shí)，選擇一個(gè)擋位即可，即采用固定速比。這是一種理想情況。 （2）電機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速的范圍不夠?qū)?，即電機(jī)最高轉(zhuǎn)速

28、不能滿足 時(shí)，應(yīng)考慮再增加一個(gè)擋位。 （3）電機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速的范圍較窄，滿足 ，此時(shí)增加一個(gè)擋位后車速無法銜接起來，可考慮再增加擋位或說明電機(jī)參數(shù)與整車性能要求不匹配，應(yīng)考慮重新選擇電機(jī)的參數(shù)。5 . 2/maxenn5 . 2/maxenn8 . 1/maxenn新能源汽車技術(shù) 第 62 頁 由于燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力全部由電機(jī)提供，通過控制電機(jī)能夠在較大的范圍滿足車速要求。最大傳動(dòng)比根據(jù)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定。 maxmaxmaxTRFi新能源汽車技術(shù) 第 63 頁 （1）由最高車速和電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速確定傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比的上限。 （2）由電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出

29、扭矩和最高車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比的下限。maxmaxmin377. 0uRnimaxmaxminuuTRFi新能源汽車技術(shù) 第 64 頁 燃料電池功率的選擇對(duì)燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。燃料電池功率偏大，車輛的成本增加；燃料電池功率偏小，在某些大負(fù)荷行駛工況（如加速、爬坡等）需要輔助能源提供的動(dòng)力增加，這使得燃料電池?cái)?shù)量增加，整車重量、成本上升，系統(tǒng)效率下降，整車布置難度增加，燃料電池均衡控制難度增加等。 新能源汽車技術(shù) 第 65 頁 燃料電池電動(dòng)汽車是由燃料電池提供平均行駛功率，在加速、爬坡、高速等大負(fù)荷工況下蓄電池輸出電能輔助驅(qū)動(dòng)，因而燃料電池功率選擇的依據(jù)

30、是平均行駛阻力功率。 平均行駛阻力功率是由車輛整車參數(shù)和行駛工況來決定的，可用下式表達(dá)： niiiavtPTP11新能源汽車技術(shù) 第 66 頁 對(duì)于燃料電池城市客車，平均行駛阻力功率也可以選取中國典型城市循環(huán)工況來確定。如下所示： 時(shí)間時(shí)間/s車速/(km/h)新能源汽車技術(shù) 第 67 頁 平均行駛阻力功率可由加速和勻速行駛過程中消耗的能量來計(jì)算： 實(shí)際計(jì)算中，燃料電池電動(dòng)汽車的燃料電池應(yīng)能單獨(dú)提供汽車最大速度穩(wěn)定運(yùn)行所要求的功率，并留有一定的富余功率對(duì)蓄電池充電，所以按汽車的最高車速下的平均行駛阻力功率計(jì)算燃料電池的需求功率： mitnjtttvaaviajvtuFtuFttP1010_dd

31、176140360013maxmaxAuCGfuPDcmTfc新能源汽車技術(shù) 第 68 頁 燃料電池輸出功率大部分轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)能量，剩余部分用于滿足輔助系統(tǒng)的功率需求。在純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)的情況下，輸出功率為： 在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，為了保證對(duì)電機(jī)的電力供應(yīng)以及對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，燃料電池應(yīng)留有一定的后備功率。 parfcfcoutfcPPP_新能源汽車技術(shù) 第 69 頁 由此可見，燃料電池功率的選擇應(yīng)遵循以下原則： （1）SOC值在循環(huán)工況前后維持不變.，從而確保燃料電池是整個(gè)行駛過程中功率消耗的唯一來源，因此燃料電池的功率應(yīng)大于平均行駛阻力功率。 （2）燃料電池的最大功率應(yīng)不高于車輛以最高速穩(wěn)定行駛時(shí)的需

32、求功率，避免燃料電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下有過多的富裕功率。 新能源汽車技術(shù) 第 70 頁 燃料電池電動(dòng)汽車的輔助動(dòng)力源為蓄電池組，在汽車起步的工況下，完全由輔助動(dòng)力源提供動(dòng)力；當(dāng)汽車在加速或爬坡等工況時(shí)，為主動(dòng)力源提供補(bǔ)充；同時(shí)在汽車制動(dòng)時(shí)吸收制動(dòng)回饋的能量。 新能源汽車技術(shù) 第 71 頁 1電池類型的選擇電池類型的選擇 輔助動(dòng)力源用的蓄電池要在整車有較大功率需求時(shí)，可以對(duì)其進(jìn)行大電流的放電，待燃料電池響應(yīng)跟上后放電電流就大幅降低，大電流放電的持續(xù)時(shí)間不長；在整車進(jìn)行制動(dòng)回饋時(shí)，又可以在短時(shí)間內(nèi)接受較大電流的充電，即電池要具有瞬間大電流充放電的能力。 新能源汽車技術(shù) 第 72 頁 （1）能回收大部分

33、制動(dòng)能量； （2）在混合驅(qū)動(dòng)模式下能滿足車輛驅(qū)動(dòng)和輔助電器系統(tǒng)的功率需求。 蓄電池的功率需求包括最大放電功率需求和最大充電功率需求。 蓄電池的額度功率可由下式確定： parfcoutfcauxmratbatPPPPP_max_新能源汽車技術(shù) 第 73 頁 蓄電池的質(zhì)量為： 蓄電池的額度容量為： powbatratbatbatPm_disbatratbatenbatbatbatUmQ_新能源汽車技術(shù) 第 74 頁 1. 帕薩特領(lǐng)馭氫燃料電池車帕薩特領(lǐng)馭氫燃料電池車 上海大眾帕薩特領(lǐng)馭燃料電池車動(dòng)力總成系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器、DC/DC變換器、鋰離子動(dòng)力蓄電池組等組成。 帕薩

34、特領(lǐng)馭燃料電池車動(dòng)力總成系統(tǒng)新能源汽車技術(shù) 第 77 頁 福田燃料電池客車是一款集“一新、二超、三低、四高”等特點(diǎn)于一身的高檔豪華客車。一新：獨(dú)具匠心的時(shí)尚新造型；二超：超大空間、超高運(yùn)營效率；三低：低油耗、低排放、低噪音；四高：高質(zhì)量、高安全、高科技、高舒適。 福田自主研發(fā)的氫燃料電池客車采用了先進(jìn)的燃料電池及匹配技術(shù)，排放物為純凈的水，而且達(dá)到了可以直接飲用的程度。新能源汽車技術(shù) 第 79 頁 本田FCXlarity燃料電池汽車本田獨(dú)創(chuàng)的垂直系統(tǒng)單元結(jié)構(gòu)（VFlow）燃料電池堆技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了燃料電池車所特有的獨(dú)特外觀設(shè)計(jì)和劃時(shí)代的駕乘感覺。 該車具有在行駛中完全不排放CO2的終極清潔性能。垂直系統(tǒng)單元結(jié)構(gòu)的燃料電池堆在大幅提高