陽(yáng)逍

四川希望汽車(chē)技師學(xué)院 四川省資陽(yáng)市 641300

社會(huì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)變革也更為深入，特別是汽車(chē)工業(yè)，基于人類(lèi)出行的便利需要，每年汽車(chē)產(chǎn)量大幅增加，而后續(xù)也引發(fā)了能源和環(huán)境方面的思考擔(dān)憂(yōu)。新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)提上議程，開(kāi)發(fā)無(wú)污染，低噪音，節(jié)能減排的新能源汽車(chē)成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向?；诖耍?chē)氫燃料電池的研發(fā)也更為深入。氫燃料電池的開(kāi)發(fā)與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究也具有現(xiàn)實(shí)必要性。而氫燃料電池汽車(chē)的開(kāi)發(fā)與推廣需要做好關(guān)鍵技術(shù)的分析。

1 汽車(chē)氫燃料電池開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略意義

氫燃料電池開(kāi)發(fā)與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣具有十分重要的戰(zhàn)略意義。一方面我國(guó)對(duì)國(guó)際社會(huì)做出鄭重承諾，并簽署了《巴黎協(xié)定》，承諾將嚴(yán)格控制二氧化碳的排放，應(yīng)對(duì)全球變暖的趨勢(shì)，做好環(huán)境保護(hù)工作。另一方面我們面臨著能源緊缺的時(shí)代挑戰(zhàn)。我國(guó)石油進(jìn)口依賴(lài)度高達(dá)70%以上，過(guò)度消費(fèi)化石燃料也導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，霧霾嚴(yán)重，二氧化硫等引發(fā)的酸雨等，嚴(yán)重威脅人體健康。著眼于社會(huì)的發(fā)展，走可持續(xù)之路必須做好新能源的開(kāi)發(fā)。而氫燃料電池的研究與開(kāi)發(fā)使得人類(lèi)進(jìn)入能源發(fā)展的新時(shí)代，可以緩解能源緊缺的壓力，也兌現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的承諾，因此汽車(chē)氫燃料電池的研發(fā)必須持續(xù)而深入?；诖?，我國(guó)政府于2016年發(fā)布國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要，倡導(dǎo)發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，也明確提出開(kāi)發(fā)氫能、燃料等新能源技術(shù)。氫能和燃料電池技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)成為重點(diǎn)科研項(xiàng)目，我國(guó)用實(shí)際行動(dòng)證明我們?cè)跉淙剂想姵匮邪l(fā)方面的決心。

2 氫燃料電池汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 整車(chē)總體設(shè)計(jì)

氫燃料電池汽車(chē)采用新的動(dòng)力系統(tǒng)和點(diǎn)回饋制動(dòng)系統(tǒng)，必須基于氫燃料電池汽車(chē)混合動(dòng)力特點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的整車(chē)設(shè)計(jì)調(diào)整?；谖磥?lái)汽車(chē)設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)有汽車(chē)設(shè)計(jì)方面是最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)思路。而現(xiàn)有汽車(chē)設(shè)計(jì)方法更優(yōu)。關(guān)注燃料電池技術(shù)、動(dòng)力系統(tǒng)總成匹配、整車(chē)控制和通訊等關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)總體優(yōu)化部署。安全第一，繼承為主，確保一致，基于標(biāo)準(zhǔn)是整車(chē)總體設(shè)計(jì)的四大原則。具體來(lái)說(shuō)，從整車(chē)設(shè)計(jì)目標(biāo)的明確到整車(chē)參數(shù)的確定到車(chē)身設(shè)計(jì)，底盤(pán)三維參數(shù)的布置，再到干涉檢查，運(yùn)動(dòng)校核，人機(jī)工程學(xué)校核，整車(chē)性能計(jì)算，流程清晰，設(shè)計(jì)到位。

2.2 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配

動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配也是氫燃料電池汽車(chē)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)涉及四個(gè)方面。其一是燃料電池的功率。氫燃料電池作為新能源汽車(chē)的主要?jiǎng)恿?lái)源，參數(shù)匹配時(shí)重點(diǎn)做好額定功率和最大功率參數(shù)的選擇，燃料電池最大連續(xù)輸出功率必須滿(mǎn)足汽車(chē)滿(mǎn)載，最高車(chē)速行駛功率、氫燃料電池消耗功率，附屬配置消耗功率總和。其二是超級(jí)電容的應(yīng)用。超級(jí)電容主要是彌補(bǔ)氫燃料電池功率的不足?？梢暂o助車(chē)輛進(jìn)行爬坡，加速，一般需要基于峰值功率和氫燃料連續(xù)功率差進(jìn)行電容功率的設(shè)定。根據(jù)峰值功率持續(xù)時(shí)間確定輸出的能量。其三是電機(jī)參數(shù)的匹配。電機(jī)最大功率需要滿(mǎn)足最高車(chē)速加速爬坡時(shí)的功率要求。電機(jī)作為發(fā)電機(jī)時(shí)也必須達(dá)到滿(mǎn)足整車(chē)控制策略中超級(jí)電容充電功率需求。其四是傳動(dòng)參數(shù)的設(shè)置。最大傳動(dòng)比和最小傳動(dòng)比設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮到汽車(chē)爬坡，附著率及汽車(chē)最低穩(wěn)定車(chē)速等問(wèn)題。最大傳動(dòng)比的設(shè)定依據(jù)是汽車(chē)最大爬坡和最低穩(wěn)定車(chē)速。而傳動(dòng)系最小的傳動(dòng)比只要能滿(mǎn)足氫燃料電池最高車(chē)速要求即可。變速器和主減速器的傳動(dòng)比設(shè)定。為了配合電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保其能獲得抵擋的爬坡能力，中檔的加速特性和高檔的最高車(chē)速功率，必須對(duì)應(yīng)合適的減速器和主減速器傳動(dòng)比。

2.3 氫燃料電池汽車(chē)電機(jī)的控制技術(shù)

氫燃料電池混合動(dòng)力汽車(chē)最為關(guān)鍵的部位是驅(qū)動(dòng)機(jī)。因此電機(jī)及電機(jī)控制技術(shù)的研究必不可少。就汽車(chē)發(fā)展來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是高轉(zhuǎn)速、大功率、高效率和小型化方向。當(dāng)前的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)主要有直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)及開(kāi)發(fā)磁阻電機(jī)。其中直流電機(jī)其功率密度低，功率低，控制性好，可靠性一般，成熟性好，轉(zhuǎn)速在6000，技術(shù)成熟。而感應(yīng)電機(jī)功率密度和功率都高于直流電機(jī)，控制性能略差，成熟性好，轉(zhuǎn)速可以最高達(dá)到15000，技術(shù)成熟。永磁同步電機(jī)其功率高，控制性好，成熟性好，電機(jī)成本較高，技術(shù)較為成熟，最高轉(zhuǎn)速是10000.而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)其功率密度，功率都高，控制性，可靠性，成熟性好，電機(jī)成本也低，但是技術(shù)應(yīng)用并不成熟。

2.4 整車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

對(duì)于氫燃料電池汽車(chē)來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與以往傳統(tǒng)汽車(chē)不同，采用了電力電子元器件，整車(chē)的控制系統(tǒng)更復(fù)雜，傳統(tǒng)布線方式也增加了電路的復(fù)雜度，后期維修較為困難，可以提升整車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。因此整車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也是關(guān)鍵技術(shù)之一?；谡?chē)通信的差異性需求，將其分解為基于CAN和LIN的兩種線路系統(tǒng)，加強(qiáng)車(chē)身網(wǎng)絡(luò)控制，無(wú)論是燃料電池還是整車(chē)控制器，還是超級(jí)電容及車(chē)身司機(jī)模塊都采用的雙向的收發(fā)式節(jié)點(diǎn)，做好信號(hào)的及時(shí)接收與處理，確保汽車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定，功能正常發(fā)揮。

2.5 整車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

整車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)直接關(guān)系到整車(chē)的運(yùn)行，也影響汽車(chē)的可靠性，影響氫燃料電池的使用。整車(chē)控制系統(tǒng)也被認(rèn)為是氫燃料電池汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)。其涉及到CAN總線路控制技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，通過(guò)對(duì)操作信號(hào)的獲取與分析，主要是加速踏板，制定踏板，車(chē)輛速度，各部件工作參數(shù)的分析，實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制命令的發(fā)出與執(zhí)行，進(jìn)行能量源的功率分配，也及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并處理故障。當(dāng)前氫燃料電池汽車(chē)控制系統(tǒng)智能化發(fā)展的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，無(wú)論是變結(jié)構(gòu)控制還是模糊控制還是自適應(yīng)控制等，都朝著智能化方向發(fā)展，應(yīng)用于氫燃料電池汽車(chē)整體控制系統(tǒng)中。通過(guò)整車(chē)控制系統(tǒng)的優(yōu)化部署達(dá)到系統(tǒng)能量合理分配的目的，整車(chē)處于最佳的行駛狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)再生制動(dòng)時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)再生能量的調(diào)整。

3 氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的思考

氫燃料電池是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力的替代性能源，就當(dāng)前的市場(chǎng)形勢(shì)和時(shí)代發(fā)展看，其具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，發(fā)展燃料電池技術(shù)是我國(guó)能源多元化的重要選項(xiàng)之一。

首先，無(wú)論是產(chǎn)業(yè)源頭制氫還是氫氣的運(yùn)輸存儲(chǔ)及分銷(xiāo)等，都需要與科研緊密結(jié)合。而這也需要我們做出大量的努力。不同于傳統(tǒng)的汽車(chē)生產(chǎn)鏈條，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展是循序漸進(jìn)的過(guò)程，必須基于國(guó)家層面加強(qiáng)氫氣的制取、運(yùn)輸及分銷(xiāo)存儲(chǔ)等，我國(guó)必須規(guī)范氫氣的生產(chǎn)儲(chǔ)存及銷(xiāo)售，對(duì)標(biāo)歐洲，制定全國(guó)氫氣站規(guī)劃線路方案是當(dāng)務(wù)之急。

其次必須關(guān)注氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)，掌握核心與關(guān)鍵的技術(shù)。加強(qiáng)共性技術(shù)的研發(fā)，也實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新主體的新培養(yǎng)。因?yàn)闅淙剂想姵仄?chē)屬于新興事物，其必然面臨著一系列的挑戰(zhàn)，需要我們基于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際，在政府的主導(dǎo)下，加強(qiáng)與行業(yè)協(xié)會(huì)的關(guān)聯(lián)，多方協(xié)助，實(shí)現(xiàn)氫燃料電池汽車(chē)的持久穩(wěn)定研發(fā)。就氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，氫燃料電池汽車(chē)的另一個(gè)影響就是移動(dòng)發(fā)電機(jī)的研發(fā)推廣。將氫燃料電池汽車(chē)作為發(fā)電機(jī)，借助回輸電達(dá)到大電網(wǎng)波谷調(diào)節(jié)的目的。針對(duì)當(dāng)前調(diào)研顯示的電動(dòng)車(chē)有90%的時(shí)間處于非行駛狀態(tài)的實(shí)際，我們可以考慮將氫燃料電池汽車(chē)接入到智能電網(wǎng)中，將實(shí)現(xiàn)未來(lái)電網(wǎng)的質(zhì)的飛躍。

結(jié)束語(yǔ)：時(shí)代的不斷發(fā)展，能源節(jié)約的呼聲越來(lái)越高，走綠色環(huán)保之路，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展也成為社會(huì)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向。在這樣的時(shí)代大背景下，氫燃料電池汽車(chē)的研發(fā)與推廣具有現(xiàn)實(shí)必要性。也開(kāi)啟了新能源汽車(chē)研發(fā)的大門(mén)，作為當(dāng)今汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，氫燃料電池必須作為新能源汽車(chē)技術(shù)的重要構(gòu)成。理應(yīng)得到科技研發(fā)的關(guān)注。我國(guó)也加大對(duì)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持，出臺(tái)了相關(guān)的政策，也加大經(jīng)濟(jì)和科技投入。但是對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)的研發(fā)還有很長(zhǎng)的路要走，還需要我們加大這方面的人才培養(yǎng)，掌握核心關(guān)鍵的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)的奠定。