◆文/山東 焦建剛

燃料電池電動(dòng)汽車技術(shù)詳解(二)

◆文/山東 焦建剛

焦建剛

(本刊編委會(huì)委員)

現(xiàn)任濟(jì)南魯鷹豐田汽車銷售服務(wù)有限公司總工程師，山東交通學(xué)院客座教授；曾任博世山東培訓(xùn)基地主任。對(duì)當(dāng)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(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)模式

豐田將于2017年量產(chǎn)氫燃料電池汽車Mirai。Mirai意為“未來(lái)”，豐田汽車對(duì)于未來(lái)的探索在該車型上得以實(shí)現(xiàn)。從開始研發(fā)到最終上市，豐田耗費(fèi)20余年的時(shí)間，該車核心組件包括動(dòng)力控制單元、燃料電池堆、驅(qū)動(dòng)用電池、電動(dòng)機(jī)、升壓轉(zhuǎn)換器以及高壓儲(chǔ)氫罐，具備低重心化、空氣動(dòng)力性能、最優(yōu)化的重量分配以及高強(qiáng)度車身等特點(diǎn)。下面就其驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行簡(jiǎn)介。

燃料電池電動(dòng)汽車行駛工況分為以下四種：?jiǎn)?dòng)、一般行駛、加速行駛以及減速行駛，驅(qū)動(dòng)模擬圖如圖11所示。

1.啟動(dòng)工況

車輛啟動(dòng)時(shí)，由車載蓄電池進(jìn)行供電，此時(shí)，來(lái)自鎳錳蓄電池的電源直接提供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使電機(jī)工作，驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，燃料電池不參與工作(圖12)。

圖11 驅(qū)動(dòng)模擬圖

圖12 啟動(dòng)工況

2.一般行駛工況

一般行駛工況下，來(lái)自高壓儲(chǔ)氫罐的氫氣經(jīng)高壓管路提供給燃料電池，同時(shí)，來(lái)自空氣壓縮機(jī)的氧氣也提供給燃料電池，經(jīng)質(zhì)子交換膜內(nèi)部產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大約300V左右的電壓，然后經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行升壓，轉(zhuǎn)變?yōu)?50V的直流電，經(jīng)動(dòng)力控制單元轉(zhuǎn)換為交流電提供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)(圖13)。

圖13 一般行駛工況

3.加速行駛工況

加速時(shí)，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(qū)動(dòng)電機(jī)使用，此時(shí)車輛處于大負(fù)荷工況下(圖14)。

圖14 加速行駛工況

4.減速行駛工況

減速時(shí)，車輛在慣性作用下行駛，此時(shí)燃料電池不再工作，由車輛減速所產(chǎn)生的慣性能量由驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，經(jīng)動(dòng)力控制單元將其轉(zhuǎn)換為直流電后，反饋回車載蓄電池進(jìn)行電能的回收(圖15)。

圖15 減速行駛工況

四、燃料電池電動(dòng)汽車特點(diǎn)

1.燃料電池電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車以及純電動(dòng)汽車相比，燃料電池電動(dòng)汽車具有以下優(yōu)點(diǎn)。

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

(2)續(xù)駛里程長(zhǎng)：采用燃料電池系統(tǒng)作為能量源，克服了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短的缺點(diǎn)，其長(zhǎng)途行駛能力及動(dòng)力性已經(jīng)接近于傳統(tǒng)汽車。

(3)綠色環(huán)保：燃料電池沒(méi)有燃燒過(guò)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(jī)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(guò)載能力強(qiáng)：燃料電池除了在較寬的工作范圍內(nèi)具有較高的工作效率外，其短時(shí)過(guò)載能力可達(dá)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(zhuǎn)換裝置，除了空氣壓縮機(jī)和冷卻系統(tǒng)以外無(wú)其他運(yùn)動(dòng)部件，因此與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，運(yùn)行過(guò)程中噪聲和振動(dòng)都較小。

2.燃料電池電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)

(1)燃料電池電動(dòng)汽車的制造成本和使用成本較高。

(2)輔助設(shè)備復(fù)雜，且重量和體積較大。

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

(全文完)