學(xué)習(xí)目標(biāo)3：正確認(rèn)識(shí)燃料電池電動(dòng)汽車

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)2能夠正確認(rèn)識(shí)燃料電池電動(dòng)汽車6.3 燃料電池電動(dòng)汽車 燃料電池電動(dòng)汽車以燃料電池作為動(dòng)力源，通過(guò)氫氧反應(yīng)產(chǎn)生電能通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)使車輛行駛。該車型的排放物為水，氫氧利用率比其他車型高很多。燃料電池電動(dòng)車被普遍認(rèn)為是一種新型、高效、清潔環(huán)保的車型，如圖所示。6.3.1 燃料電池電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu) 燃料電池電動(dòng)汽車主要由氫氣儲(chǔ)存罐、蓄電池組、控制裝置、氣體壓縮機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和燃料電池組等組成，如圖所示。 早期的燃料電池電動(dòng)汽車都是以燃料電池作為唯一的動(dòng)力源，但多數(shù)研究表明這種單一的動(dòng)力系統(tǒng)存在很多缺陷，比如電池功率不足、起動(dòng)和加速較慢、動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較差和總體運(yùn)行效率低等。目前燃料電池電動(dòng)汽車混合

2、動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)基本上解決了上述問(wèn)題，燃料電池作為動(dòng)力系統(tǒng)的主動(dòng)力源，而輔助動(dòng)力源（蓄電池、超級(jí)電容器或蓄電池+超級(jí)電容器等）通過(guò)電力輔助系統(tǒng)與燃料電池共同作為汽車的動(dòng)力源，如圖所示。 通常情況下，燃料電池用于提供車輛常規(guī)速度行駛時(shí)所需的平均功率，而輔助動(dòng)力源用來(lái)提供峰值功率，以補(bǔ)充車輛在加速或爬坡時(shí)，燃料電池輸出功率能力的不足。因此電-電混合動(dòng)力系統(tǒng)一方面增強(qiáng)了動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力性，另一方面解決了燃料電池動(dòng)態(tài)響應(yīng)差的問(wèn)題，使運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，改善了總體運(yùn)行效率。 電力輔助系統(tǒng)主要包括DC/DC轉(zhuǎn)換器和電機(jī)控制器等，而DC/DC轉(zhuǎn)換器和電機(jī)控制器之間布置形式的不同，使燃料電池和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間有不同的連接

3、形式，具體可分為直接燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)和間接燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)。 1直接燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng) 直接燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)是燃料電池系統(tǒng)與系統(tǒng)總線直接相連，無(wú)DC/DC轉(zhuǎn)換器過(guò)渡，如圖所示。直接燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)中的電力輔助系統(tǒng)為電機(jī)控制器，燃料電池和輔助動(dòng)力源都直接并入系統(tǒng)總線。在此動(dòng)力系統(tǒng)中，由于輔助動(dòng)力源的增加，動(dòng)力系統(tǒng)的能量擴(kuò)大，車輛一次加氫后的續(xù)航里程也隨之增加，系統(tǒng)的功率范圍也擴(kuò)大。同時(shí)，由于輔助動(dòng)力源的存在使得系統(tǒng)具備了回收制動(dòng)能量的功能，也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。燃料電池系統(tǒng)和輔助動(dòng)力源之間，對(duì)負(fù)載功率的合理分配還可以提高燃料電池系統(tǒng)的總體運(yùn)行效率。 輔助動(dòng)力源還可以通

4、過(guò)一個(gè)雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器并入總線，如圖所示。雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的存在降低了動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)輔助動(dòng)力源電壓等級(jí)的要求，從而使輔助動(dòng)力源的電壓不必再與母線電壓等級(jí)相吻合，易于實(shí)現(xiàn)輔助動(dòng)力源的優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，DC/DC轉(zhuǎn)換器也是系統(tǒng)控制的執(zhí)行部件，對(duì)輔助動(dòng)力源充放電的控制更加靈活，易于實(shí)現(xiàn)參數(shù)化控制。 對(duì)直接燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)而言，燃料電池和電機(jī)系統(tǒng)的電壓匹配存在如下矛盾：當(dāng)母線電壓過(guò)低時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)的功率輸出能力差，進(jìn)而影響了燃料電池最大功率輸出能力的發(fā)揮；而母線電壓比較高時(shí)，電機(jī)的最大功率輸出能力好，而燃料電池則由于電壓太高而輸出功率減小。 2間接燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng) 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是燃料電池系統(tǒng)與系

5、統(tǒng)總線通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器間接相連，如圖所示。燃料電池通過(guò)一個(gè)單向DC/DC轉(zhuǎn)換器并入系統(tǒng)總線，燃料電池的端電壓可以通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器的升壓或降壓，與系統(tǒng)直流母線的電壓等級(jí)進(jìn)行匹配，從而使燃料電池功率輸出與系統(tǒng)直流母線的電壓之間不再有耦合關(guān)系。同時(shí)DC/DC轉(zhuǎn)換器也可將直流母線的電壓維持在最適宜電機(jī)系統(tǒng)工作的電壓點(diǎn)或范圍，提高系統(tǒng)效率。6.3.2 燃料電池電動(dòng)汽車的特點(diǎn)及分類 燃料電池電動(dòng)汽車是運(yùn)用燃料電池作為能量來(lái)源汽車的總稱。 它具有全新的動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 1燃料電池電動(dòng)汽車的特點(diǎn)排放量低燃料電池通過(guò)氫氧化學(xué)催化反應(yīng)產(chǎn)生電能，排放物主要成分為水和二氧化碳，而整車工作效率和化學(xué)催化過(guò)程又有助于限制二氧化碳的排放。純氫氣燃料電池電動(dòng)汽車與汽油機(jī)汽車相比，二氧化碳排放量能減少50%左右。燃料來(lái)源途徑廣燃料電池電動(dòng)汽車可以使用的燃料來(lái)源有很多種，如甲烷、甲醇和純氫氣等。根據(jù)有關(guān)專家預(yù)算，現(xiàn)存的石油儲(chǔ)備將在今后幾十年內(nèi)就會(huì)使用完，而甲醇和氫氣則可以從其他的基本資源中提取出來(lái)，從理論上說(shuō)其儲(chǔ)存量是無(wú)窮的。能量轉(zhuǎn)化效率高燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間沒(méi)有燃燒過(guò)程，可獲得更高的轉(zhuǎn)化效率。結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單，可靠性高燃料電池按電化學(xué)原理工作，運(yùn)動(dòng)部件較少，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。燃料電池發(fā)電裝置由單個(gè)電池堆疊至所需