燃料电池电动汽车技术详解(二)

◆文/山东 焦建刚

燃料电池电动汽车技术详解(二)

◆文/山东 焦建刚

焦建刚

(本刊编委会委员)

现任济南鲁鹰丰田汽车销售服务有限公司总工程师，山东交通学院客座教授；曾任博世山东培训基地主任。对当代汽车故障诊断以及电子控制系统波形有较深入的研究，著有《现代汽车电子控制系统波形分析》一书。

(接2016年第10期)

三、丰田燃料电池电动汽车的驱动模式

丰田将于2017年量产氢燃料电池汽车Mirai。Mirai意为“未来”，丰田汽车对于未来的探索在该车型上得以实现。从开始研发到最终上市，丰田耗费20余年的时间，该车核心组件包括动力控制单元、燃料电池堆、驱动用电池、电动机、升压转换器以及高压储氢罐，具备低重心化、空气动力性能、最优化的重量分配以及高强度车身等特点。下面就其驱动模式进行简介。

燃料电池电动汽车行驶工况分为以下四种：启动、一般行驶、加速行驶以及减速行驶，驱动模拟图如图11所示。

1.启动工况

车辆启动时，由车载蓄电池进行供电，此时，来自镍锰蓄电池的电源直接提供给驱动电机，使电机工作，驱动车轮转动，此时，燃料电池不参与工作(图12)。

图11 驱动模拟图

图12 启动工况

2.一般行驶工况

一般行驶工况下，来自高压储氢罐的氢气经高压管路提供给燃料电池，同时，来自空气压缩机的氧气也提供给燃料电池，经质子交换膜内部产生电化学反应，产生大约300V左右的电压，然后经DC/DC转换器进行升压，转变为650V的直流电，经动力控制单元转换为交流电提供给驱动电机，驱动电机运转，带动车轮转动(图13)。

图13 一般行驶工况

3.加速行驶工况

加速时，除了燃料电池正常工作外，需要由车载蓄电池参与工作，以提供额外的电力供驱动电机使用，此时车辆处于大负荷工况下(图14)。

图14 加速行驶工况

4.减速行驶工况

减速时，车辆在惯性作用下行驶，此时燃料电池不再工作，由车辆减速所产生的惯性能量由驱动电机转换为发电机进行发电，经动力控制单元将其转换为直流电后，反馈回车载蓄电池进行电能的回收(图15)。

图15 减速行驶工况

四、燃料电池电动汽车特点

1.燃料电池电动汽车优点

与传统内燃机汽车以及纯电动汽车相比，燃料电池电动汽车具有以下优点。

(1)效率高：燃料电池的工作过程是化学能转化为电能的过程，不受卡诺循环的限制，能量转换效率较高，可以达到30%以上，而传统汽油机和柴油机汽车效率分别为16%～18%和22%～24%。

(2)续驶里程长：采用燃料电池系统作为能量源，克服了纯电动汽车续驶里程短的缺点，其长途行驶能力及动力性已经接近于传统汽车。

(3)绿色环保：燃料电池没有燃烧过程，以纯氢作燃料，生成物只有水，属于零排放。采用其他富氢有机化合物用车载重整器制氢作为燃料电池汽车的燃料，生成物除水之外还可能有少量的CO2，接近零排放。

(4)过载能力强：燃料电池除了在较宽的工作范围内具有较高的工作效率外，其短时过载能力可达额定功率的200%或更大。

(5)低噪声：燃料电池属于静态能量转换装置，除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件，因此与内燃机汽车相比，运行过程中噪声和振动都较小。

2.燃料电池电动汽车的缺点

(1)燃料电池电动汽车的制造成本和使用成本较高。

(2)辅助设备复杂，且重量和体积较大。

(3)启动时间长，系统抗振能力有待进一步提高。此外，在储氢装量受到振动或者冲击时，各种管道的连接和密封的可靠性需要进一步提高。

(全文完)