氫燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)試

本文進(jìn)行了氫燃料電池汽車的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試。所設(shè)計(jì)的車輛結(jié)構(gòu)應(yīng)與國(guó)際競(jìng)賽設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)一致，該競(jìng)賽旨在激勵(lì)高中和大學(xué)的學(xué)生制造并檢測(cè)節(jié)能型汽車，車輛需要結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕且效率高，而且能夠容納燃料電池、駕駛員和儲(chǔ)存氫的壓縮氣體罐。受比賽規(guī)則和現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)的影響，車輛設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是省油。車輛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程是實(shí)現(xiàn)車輛結(jié)構(gòu)剛度性能和輕量化的迭代過程。采用電腦三維軟件Solidworks構(gòu)建和評(píng)估車輛的三維結(jié)構(gòu)模型。而采用三輪式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不需要差速機(jī)構(gòu)，可減輕車質(zhì)量。使用最大輸出功率為1.2kW的聚合物交換膜（PEM）燃料電池系統(tǒng)為車輛提供能量。焊接鋁合金方管組件可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)車輛的結(jié)構(gòu)框架，如圖1所示。選擇阿克曼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠消除低速車輪的摩擦，進(jìn)而降低車輛的旋轉(zhuǎn)阻力。前輪安裝鼓式制動(dòng)器，后輪采用標(biāo)準(zhǔn)的自行車制動(dòng)方式。采用電動(dòng)輪轂電機(jī)和控制器驅(qū)動(dòng)所設(shè)計(jì)車輛的后輪。車輛最終是一個(gè)具有鋁合金框架、阿克曼轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和玻璃鋼車身的結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)確定車輛性能，繪制車輛燃料消耗、扭矩和效率性能曲線。利用燃料電池制造商所提供的軟件和硬件，測(cè)量氫氣的流量和燃料電池的輸出功率。在保持載荷不變的情況下，利用自行車測(cè)力計(jì)獲得車輛的輸出轉(zhuǎn)矩，用轉(zhuǎn)速表測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)的車輛能夠符合國(guó)際競(jìng)賽要求。駕駛員駕駛新設(shè)計(jì)的燃料電池汽車進(jìn)行試驗(yàn)（圖2），可以獲得車輛行駛9.68km時(shí)，其平均車速為27.4km/h，燃油效率為57km/kW·h。

圖1　車輛最終的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架

圖2　有駕駛員的燃料電池汽車

EricVerhasseltetal. ProceedingsoftheASME 201412thInternational ConferenceonFuelCell Science，Engineeringand Technology，2014.

編譯：趙喚