1、規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 1 頁 7 7.1 1 概述概述 7 7.2 2 燃料電池電動汽車的基本結構燃料電池電動汽車的基本結構 7 7.3 3 燃料電池電動汽車傳動系統參數設計燃料電池電動汽車傳動系統參數設計 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術

2、 第 2 頁 7.1.1 燃料電池電動汽車的類型燃料電池電動汽車的類型 FCEV按主要燃料種類可分為按主要燃料種類可分為 （1）以純氫氣為燃料的）以純氫氣為燃料的FCEV； （2）經過重整后產生的氫氣為燃料的）經過重整后產生的氫氣為燃料的FCEV。 FCEV按按“多電源多電源”的配置不同，可分為的配置不同，可分為 （1）純燃料電池驅動（）純燃料電池驅動（PFC）的）的FCEV； （2）燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動（）燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動（FC+B）的）的FCEV； （3）燃料電池與超級電容聯合驅動（）燃料電池與超級電容聯合驅動（FC+C）的）的FCEV； （4）燃料電池與輔助蓄電池和超

3、級電容聯合驅動）燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯合驅動 （FC+B+C）的）的FCEV。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 3 頁 1純燃料電池驅動的純燃料電池驅動的FCEV 純燃料電池電動汽車只有燃料電池一個動力源，汽車的所純燃料電池電動汽車只有燃料電池一個動力源，汽車的所 有功率負荷都由燃料電池承擔。有功率負荷都由燃料電池承擔。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHN

4、OLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 4 頁 優點：優點： （1）系統結構簡單，便于實現系統控制和整體布置；）系統結構簡單，便于實現系統控制和整體布置； （2）系統部件少，有利于整車的輕量化；）系統部件少，有利于整車的輕量化； （3）較少的部件使得整體的能量傳遞效率高，從而提高整車）較少的部件使得整體的能量傳遞效率高，從而提高整車 的燃料經濟性。的燃料經濟性。 缺點：缺點： （1）燃料電池功率大、成本高；）燃料電池功率大、成本高； （2）對燃料電池系統的動態性能和可靠性提出了很高的要求；）對燃料電池系統的動態性

5、能和可靠性提出了很高的要求； （3）不能進行制動能量回收。）不能進行制動能量回收。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 5 頁 2燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動（燃料電池與輔助蓄電池聯合驅動（FC+B）的）的FCEV 該結構為一典型的串聯式混合動力結構。在該動力系統結構該結構為一典型的串聯式混合動力結構。在該動力系統結構 中，燃料電池和蓄電池一起為驅動電動機提供能量，驅動電動中，燃料電池和蓄電池一起為驅動電動機提供能量，驅動

6、電動 機將電能轉化成機械能傳給傳動系，從而驅動汽車前進；在汽機將電能轉化成機械能傳給傳動系，從而驅動汽車前進；在汽 車制動時，驅動電動機變成發電動機，蓄電池將儲存回饋的能車制動時，驅動電動機變成發電動機，蓄電池將儲存回饋的能 量。量。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 6 頁 優點：優點： （1）由于增加了比功率價格相對低廉得多的蓄電池組，系統）由于增加了比功率價格相對低廉得多的蓄電池組，系統 對燃料電池的功率要求較純燃

7、料電池結構形式有很大的降對燃料電池的功率要求較純燃料電池結構形式有很大的降 低，從而大大地降低了整車成本；低，從而大大地降低了整車成本； （2）燃料電池可以在比較好的設定的工作條件下工作，工作）燃料電池可以在比較好的設定的工作條件下工作，工作 時燃料電池的效率較高；時燃料電池的效率較高； （3）系統對燃料電池的動態響應性能要求較低；）系統對燃料電池的動態響應性能要求較低； （4）汽車的冷啟動性能較好；）汽車的冷啟動性能較好； （5）制動能量回饋的采用可以回收汽車制動時的部分動能，）制動能量回饋的采用可以回收汽車制動時的部分動能， 該措施可能會增加整車的能量效率。該措施可能會增加整車的能量效率。

8、 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 7 頁 缺點：缺點： （1）蓄電池的使用使得整車的質量增加，動力性和）蓄電池的使用使得整車的質量增加，動力性和 經濟型受到影響，這一點在能量復合型混合動力經濟型受到影響，這一點在能量復合型混合動力 汽車上表現更為明顯；汽車上表現更為明顯； （2）蓄電池充放電過程會有能量損耗；）蓄電池充放電過程會有能量損耗； （3）系統變得復雜，系統控制和整體布置難度增加。）系統變得復雜，系統控制和整體

9、布置難度增加。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 8 頁 3燃料電池與超級電容聯合驅動（燃料電池與超級電容聯合驅動（FC+C）的）的 FCEV 這種結構形式與燃料電池這種結構形式與燃料電池+蓄電池結構相似，只是蓄電池結構相似，只是 把蓄電池換成超級電容。相對于蓄電池，超級電容充把蓄電池換成超級電容。相對于蓄電池，超級電容充 放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在放電效率高，能量損失小，比蓄電池功率密度大，在 回收

10、制動能量方面比蓄電池有優勢，循環壽命長，但回收制動能量方面比蓄電池有優勢，循環壽命長，但 是超級電容的能量密度較小。隨著超級電容技術的不是超級電容的能量密度較小。隨著超級電容技術的不 斷進步，這種結構將成為一種新的重要研究方向。斷進步，這種結構將成為一種新的重要研究方向。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 9 頁 4燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯合驅動燃料電池與輔助蓄電池和超級電容聯合驅動 （FC+B+C）的）的FCE

11、V 燃料電池與蓄電池和超級電容聯合驅動的電動汽車燃料電池與蓄電池和超級電容聯合驅動的電動汽車 的動力系統結構也為串聯式混合動力結構。在該動力的動力系統結構也為串聯式混合動力結構。在該動力 系統結構中，燃料電池、蓄電池和超級電容一起為驅系統結構中，燃料電池、蓄電池和超級電容一起為驅 動電動機提供能量，驅動電動機將電能轉化成機械能動電動機提供能量，驅動電動機將電能轉化成機械能 傳給傳動系，從而驅動汽車前進；在汽車制動時，驅傳給傳動系，從而驅動汽車前進；在汽車制動時，驅 動電動機變成發電動機，蓄電池和超級電容將儲存回動電動機變成發電動機，蓄電池和超級電容將儲存回 饋的能量。饋的能量。 規格嚴格 功夫

12、到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 10 頁 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 11 頁 這種結構的優點相比燃料電池這種結構的優點相比燃料電池+蓄電池的結構形式的優點更蓄電池的結構形式的優點更 加明顯，尤其是在部件效率，動態特性，制動能量回饋等方面。加明顯，尤其是

13、在部件效率，動態特性，制動能量回饋等方面。 而其缺點也一樣更加明顯：而其缺點也一樣更加明顯： （1）增加了超級電容，整個系統的質量將可能增加；）增加了超級電容，整個系統的質量將可能增加； （2）系統更加復雜化，系統控制和整體布置的難度也隨之）系統更加復雜化，系統控制和整體布置的難度也隨之 增大。增大。 總的來說，如果能夠對系統進行很好的匹配和優化，這種結總的來說，如果能夠對系統進行很好的匹配和優化，這種結 構帶來的汽車的良好的性能具有很大的吸引力。構帶來的汽車的良好的性能具有很大的吸引力。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCH

14、OOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 12 頁 在三種混合驅動中，在三種混合驅動中，FC+B+C組合被認為能夠最大限度滿足組合被認為能夠最大限度滿足 整車的起動、加速、制動的動力和效率需求，但成本最高，結整車的起動、加速、制動的動力和效率需求，但成本最高，結 構和控制也最為復雜。目前燃料電池電動汽車動力系統的一般構和控制也最為復雜。目前燃料電池電動汽車動力系統的一般 結構是結構是FC+B組合。這是因為它具有以下特點：組合。這是因為它具有以下特點： （1）燃料電池單獨或與動力電池共同提供持續功率，而且在）燃料電池單獨或與動力電池

15、共同提供持續功率，而且在 車輛起動、爬坡和加速等峰值功率需求時，動力電池提供峰值車輛起動、爬坡和加速等峰值功率需求時，動力電池提供峰值 功率；功率； （2）在車輛起步的時候和功率需求量不大的時候，蓄電池可）在車輛起步的時候和功率需求量不大的時候，蓄電池可 以單獨輸出能量；以單獨輸出能量； （3）蓄電池技術比較成熟，可以在一定程度上彌補燃料電池）蓄電池技術比較成熟，可以在一定程度上彌補燃料電池 技術上的不足。技術上的不足。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學

16、院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 13 頁 1.燃料電池汽車的優點：燃料電池汽車的優點： （1）效率高：可以達到）效率高：可以達到30%以上；以上； （2）續駛里程長：其長途行駛能力及動力性已經接近于傳統）續駛里程長：其長途行駛能力及動力性已經接近于傳統 汽車；汽車； （3）綠色環保：生成物只有水，屬于零排放；）綠色環保：生成物只有水，屬于零排放； （4）過載能力強：短時過載能力可達額定功率的）過載能力強：短時過載能力可達額定功率的200或更或更 大；大； （5）低噪音：運行過程中噪音和振動都較小；）低噪音：運行過程中噪音和振動都較小； （6）設計方便靈活：改變傳統的汽車設計概念，可以在空間

17、）設計方便靈活：改變傳統的汽車設計概念，可以在空間 和重量等問題上進行靈活的配置。和重量等問題上進行靈活的配置。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 14 頁 2.燃料電池電動汽車的主要缺點燃料電池電動汽車的主要缺點 （1）燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高）燃料電池汽車的制造成本和使用成本過高,燃料電池發燃料電池發 動機的制造成本居高不下，使用成本過高，燃料電池汽車還動機的制造成本居高不下，使用成本過高，燃料電池汽車還

18、 有相當的距離。有相當的距離。 （2）輔助設備復雜，且質量和體積較大）輔助設備復雜，且質量和體積較大 （3）起動時間長，系統抗振能力有待進一步提高。采用氫）起動時間長，系統抗振能力有待進一步提高。采用氫 氣為燃料的氣為燃料的FCEV起動時間一般需要起動時間一般需要3分多鐘，而采用甲醇或分多鐘，而采用甲醇或 者汽油重整技術的者汽油重整技術的FCEV則長達則長達10多分鐘，比起內燃機汽車起多分鐘，比起內燃機汽車起 動的時間長得多，影響其機動性能。動的時間長得多，影響其機動性能。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF A

19、UTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 15 頁 （1）燃料電池的比能量不低于）燃料電池的比能量不低于150200Wh /kg, 比功率不比功率不 低于低于300400 W/kg。要求達到或超過美國先進電池聯合體。要求達到或超過美國先進電池聯合體 （USABC）所提出的電池性能和使用壽命的指標。）所提出的電池性能和使用壽命的指標。 （2）可以在）可以在- 20 的條件下起動和工作的條件下起動和工作, 有可靠的安全性和有可靠的安全性和 密封性密封性, 不會發生燃料氣體的結冰和燃料氣體的泄漏。不會發生燃料氣體的結冰和燃料氣體的泄漏。 （3）各種結構

20、件有足夠的強度和可靠性）各種結構件有足夠的強度和可靠性, 可以在負荷變化情可以在負荷變化情 況下正常運轉。并能夠耐受況下正常運轉。并能夠耐受FCEV行駛時的振動和沖擊。行駛時的振動和沖擊。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 16 頁 （4）FCEV除排放達到零污染的要求外除排放達到零污染的要求外, 動力性能要求基本動力性能要求基本 達到或接近內燃機汽車的動力性能的水平達到或接近內燃機汽車的動力性能的水平, 性能穩定可靠。

21、性能穩定可靠。 （5）各種輔助技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質量）各種輔助技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質量 應盡可能地減小應盡可能地減小, 以符合以符合FCEV的裝車要求。的裝車要求。 （6）燃料充添方便、迅速）燃料充添方便、迅速, 燃料電池能夠方便地進行電極和燃料電池能夠方便地進行電極和 催化劑的更換和修理。催化劑的更換和修理。 （7）所配置的輔助電源）所配置的輔助電源, 應能滿足提供起動電能和儲存制動應能滿足提供起動電能和儲存制動 反饋電能的要求。反饋電能的要求。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF

22、 AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 17 頁 1燃料電池系統燃料電池系統 燃料電池是燃料電池汽車發展的最關鍵技術之一。燃料電池燃料電池是燃料電池汽車發展的最關鍵技術之一。燃料電池 堆技術發展趨勢可用耐久性、低溫啟動溫度、凈輸出比功率以堆技術發展趨勢可用耐久性、低溫啟動溫度、凈輸出比功率以 及制造成本四個要素來評判。及制造成本四個要素來評判。 降低成本也是燃料電池堆研究的目標，控制成本的有效手段降低成本也是燃料電池堆研究的目標，控制成本的有效手段 是減少材料費是減少材料費(電催化劑、電解質膜、雙極板等電催化劑、電解質膜、雙極板等)，降低加

23、工費，降低加工費 (膜電極制作、雙極板加工和系統裝配等膜電極制作、雙極板加工和系統裝配等)。 另外，作為車用燃料電池系統還需要攻克許多工程技術壁壘，另外，作為車用燃料電池系統還需要攻克許多工程技術壁壘， 包括：系統啟動與關閉時間、系統能量管理與變換操作、電堆包括：系統啟動與關閉時間、系統能量管理與變換操作、電堆 水熱管理模式以及低成本高性能輔助設施水熱管理模式以及低成本高性能輔助設施(包括空氣壓縮機、包括空氣壓縮機、 傳感器和控制系統傳感器和控制系統)等。等。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBI

24、LE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 18 頁 2車載儲氫系統車載儲氫系統 儲氫技術是氫能利用走向規模化應用的關鍵。目前，常見儲氫技術是氫能利用走向規模化應用的關鍵。目前，常見 的車載儲氫系統有高壓儲氫、低溫儲存液氫和金屬氫化物儲的車載儲氫系統有高壓儲氫、低溫儲存液氫和金屬氫化物儲 氫三種基本方案。氫三種基本方案。 如何有效減小儲氫系統的質量與體積，是車載儲氫技術開如何有效減小儲氫系統的質量與體積，是車載儲氫技術開 發的重點。一個比較理想的方案是，采用儲氫材料與高壓儲發的重點。一個比較理想的方案是，采用儲氫材料與高壓儲 氫復合的車載儲氫新模式。復合式儲氫模

25、式的技術難點是如氫復合的車載儲氫新模式。復合式儲氫模式的技術難點是如 何開發吸、放氫性能好，成型加工性良好，質量輕的儲氫材何開發吸、放氫性能好，成型加工性良好，質量輕的儲氫材 料。料。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 19 頁 3車載蓄電系統車載蓄電系統 車載蓄電系統包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等車載蓄電系統包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等 蓄電池及電化學超級電容器。蓄電池及電化學超級電容器。 （1）鉛酸

26、電池由于其功率密度低，充電時間長，作為未來）鉛酸電池由于其功率密度低，充電時間長，作為未來 電動汽車動力系統的可能性很小。電動汽車動力系統的可能性很小。 （2）鎳氫蓄電池具有高比能、大功率、快速充放電、耐用）鎳氫蓄電池具有高比能、大功率、快速充放電、耐用 性優異等特性，是目前混合動力汽車和電動汽車中應用最廣性優異等特性，是目前混合動力汽車和電動汽車中應用最廣 的綠色動力蓄電系統。的綠色動力蓄電系統。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源

27、汽車技術 第 20 頁 （3）鋰離子電池具有比能量大、比功率高、自放）鋰離子電池具有比能量大、比功率高、自放 電小、無記憶效應、循環特性好、可快速放電等優點。電小、無記憶效應、循環特性好、可快速放電等優點。 （4）超級電容器能在短時間內提供或吸收大的功）超級電容器能在短時間內提供或吸收大的功 率，為蓄電池數十倍，效率高、具有上萬次的循環壽率，為蓄電池數十倍，效率高、具有上萬次的循環壽 命和極長的儲存壽命、工作溫度范圍寬、能使用的基命和極長的儲存壽命、工作溫度范圍寬、能使用的基 礎材料價格便宜，可以作為混合型動力汽車的有效蓄礎材料價格便宜，可以作為混合型動力汽車的有效蓄 電系統。但其能量密度低，

28、能否作為獨立的車用動力電系統。但其能量密度低，能否作為獨立的車用動力 系統大規模推廣，還有待更多運行數據佐證。系統大規模推廣，還有待更多運行數據佐證。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 21 頁 4電動機及其控制技術電動機及其控制技術 驅動電動機是燃料電池電動汽車的心臟，它正向著大功率、驅動電動機是燃料電池電動汽車的心臟，它正向著大功率、 高轉速、高效率和小型化方向發展。當前驅動電動機主要有高轉速、高效率和小型化方向發展

29、。當前驅動電動機主要有 感應電動機和永磁無刷電動機，永磁無刷電動機具有較高的感應電動機和永磁無刷電動機，永磁無刷電動機具有較高的 功率密度和效率、體積小、慣性低和響應快等優點，在電動功率密度和效率、體積小、慣性低和響應快等優點，在電動 汽車方面有著廣闊地應用前景。由感應電動機驅動的電動汽汽車方面有著廣闊地應用前景。由感應電動機驅動的電動汽 車幾乎都采用矢量控制和直接轉矩控制。矢量控制有最大效車幾乎都采用矢量控制和直接轉矩控制。矢量控制有最大效 率控制和無速度傳感器矢量控制，而直接轉矩的控制手段直率控制和無速度傳感器矢量控制，而直接轉矩的控制手段直 接、結構簡單、控制性能優良和動態響應迅速，因此

30、非常適接、結構簡單、控制性能優良和動態響應迅速，因此非常適 合電動汽車的控制。合電動汽車的控制。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 22 頁 5整車布置整車布置 燃料電池汽車在整車布置上存在以下關鍵問題：燃燃料電池汽車在整車布置上存在以下關鍵問題：燃 料電池發動機及電動機的相關布置、動力電池組的料電池發動機及電動機的相關布置、動力電池組的 車身布置、氫氣瓶的安全布置以及高壓電安全系統車身布置、氫氣瓶的安全布置以及高壓電安

31、全系統 的車身布置問題。這些核心部件的布置，不僅要考的車身布置問題。這些核心部件的布置，不僅要考 慮布置方案的優化及零部件性能實現的便利，還要慮布置方案的優化及零部件性能實現的便利，還要 求相關方案必須考慮傳統汽車不具備的安全性問題。求相關方案必須考慮傳統汽車不具備的安全性問題。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 23 頁 6整車熱管理整車熱管理 （1）料電池發動機自身的運行溫度為）料電池發動機自身的運行溫度為6070左

32、右，實際的左右，實際的 散熱系統工作溫度大致可以控制在散熱系統工作溫度大致可以控制在60，必須依賴整車動力系，必須依賴整車動力系 統提供額外的冷卻動力為系統散熱，因此二者之間的平衡將是統提供額外的冷卻動力為系統散熱，因此二者之間的平衡將是 在熱管理開發方面必須關注的；在熱管理開發方面必須關注的； （2）目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很）目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很 小，造成散熱系統設計的改良空間不大，無法采用通用的解決小，造成散熱系統設計的改良空間不大，無法采用通用的解決 方案應對，必須開發專用的零部件。方案應對，必須開發專用的零部件。 另外，與整車散熱系統密切

33、相關的車用空調系統開發也是整另外，與整車散熱系統密切相關的車用空調系統開發也是整 車企業必須關注的。車企業必須關注的。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 24 頁 7整車與動力系統的參數選擇與優化設計整車與動力系統的參數選擇與優化設計 燃料電池汽車整車性能參數是整個燃料電池動力系燃料電池汽車整車性能參數是整個燃料電池動力系 統開發的信息輸入，而虛擬配置的動力系統的特性參統開發的信息輸入，而虛擬配置的動力系統的特性參 數也

34、影響項目整車性能。兩者之間的參數選擇是一個數也影響項目整車性能。兩者之間的參數選擇是一個 多變量多目標的優化設計過程，而且參數選擇與行駛多變量多目標的優化設計過程，而且參數選擇與行駛 工況和控制策略緊密相關，只有在建立準確的仿真模工況和控制策略緊密相關，只有在建立準確的仿真模 型基礎上，經過反復尋優計算才可能達到較好的設計型基礎上，經過反復尋優計算才可能達到較好的設計 結果。結果。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 25

35、 頁 8多能源動力系統的能量管理策略多能源動力系統的能量管理策略 能量管理策略對燃料經濟性影響很大，且受到動力系統參能量管理策略對燃料經濟性影響很大，且受到動力系統參 數和行駛工況的雙重影響。數和行駛工況的雙重影響。 完成能量管理策略的工況適應性開發后，其核心問題轉變完成能量管理策略的工況適應性開發后，其核心問題轉變 為功率分配優化，當然還必須考慮一些限制條件。按照是否為功率分配優化，當然還必須考慮一些限制條件。按照是否 考慮這些變量的歷史狀態，可以把功率分配策略分為瞬時與考慮這些變量的歷史狀態，可以把功率分配策略分為瞬時與 非瞬時策略兩大類。非瞬時策略兩大類。 作為能量管理策略中的一部分，制

36、動能量回饋是提高燃料作為能量管理策略中的一部分，制動能量回饋是提高燃料 經濟性的重要措施，也是一個難點問題。經濟性的重要措施，也是一個難點問題。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 26 頁 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 27 頁 目前燃料電池電

37、動汽車絕大多數采用的是混合式燃料電池驅目前燃料電池電動汽車絕大多數采用的是混合式燃料電池驅 動系統，有并聯式和串聯式兩種。動系統，有并聯式和串聯式兩種。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 28 頁 在在FCEV所采用的燃料電池發動機中，為保證所采用的燃料電池發動機中，為保證 PEMFC組的正常工作，除以組的正常工作，除以PEMFC組為核心外，還組為核心外，還 裝有氫氣供給系統、氧氣供給系統、氣體加濕系統、裝有氫氣供給系統

38、、氧氣供給系統、氣體加濕系統、 反應生成物的處理系統、冷卻系統和電能轉換系統等。反應生成物的處理系統、冷卻系統和電能轉換系統等。 只有這些輔助系統匹配恰當和正常運轉，才能保證燃只有這些輔助系統匹配恰當和正常運轉，才能保證燃 料電池發動機正常運轉。料電池發動機正常運轉。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 29 頁 1.以氫為燃料的燃料電池發動機系統以氫為燃料的燃料電池發動機系統 圖圖7.5是以氫為燃料的燃料電池發動機系統，

39、圖是以氫為燃料的燃料電池發動機系統，圖7.6是以氫氣為是以氫氣為 燃料的燃料的FCEV的總布置基本結構模型。的總布置基本結構模型。 （1）氫氣供應、管理和回收系統）氫氣供應、管理和回收系統氣態氫的儲存裝置通常氣態氫的儲存裝置通常 用高壓儲氣瓶來裝載。液態氫氣雖然比能量高于氣態氫，由于用高壓儲氣瓶來裝載。液態氫氣雖然比能量高于氣態氫，由于 液態氫氣是處于高壓狀態，不但需要用高壓儲氣瓶儲存，還要液態氫氣是處于高壓狀態，不但需要用高壓儲氣瓶儲存，還要 用低溫保溫裝置來保持低溫。用低溫保溫裝置來保持低溫。 （2）氧氣供應和管理系統）氧氣供應和管理系統氧氣的來源有從空氣中獲取氧氧氣的來源有從空氣中獲取氧

40、 氣或從氧氣罐中獲取氧氣，空氣需要用壓縮機來提高壓力，以氣或從氧氣罐中獲取氧氣，空氣需要用壓縮機來提高壓力，以 增加燃料電池反應的速度。增加燃料電池反應的速度。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 30 頁 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 31 頁

41、 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 32 頁 （3）水循環系統）水循環系統燃料電池發動機在反應過程中將產生燃料電池發動機在反應過程中將產生 水和熱量，在水循環系統中用冷凝器、氣水分離器和水泵等對水和熱量，在水循環系統中用冷凝器、氣水分離器和水泵等對 反應生成的水和熱量進行處理，其中一部分水可以用于空氣的反應生成的水和熱量進行處理，其中一部分水可以用于空氣的 加濕。另外還需要裝置一套冷卻系統，以保證燃料電池的正常加濕。另外

42、還需要裝置一套冷卻系統，以保證燃料電池的正常 運作。運作。 （4）電力管理系統）電力管理系統燃料電池所產生的是直流電，需要燃料電池所產生的是直流電，需要 經過經過DC/DC變換器進行調壓，在采用交流電動機的驅動系統中，變換器進行調壓，在采用交流電動機的驅動系統中， 還需要用逆變器將直流電轉換為三相交流電。還需要用逆變器將直流電轉換為三相交流電。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 33 頁 2以甲醇為燃料的燃料電池發動機以

43、甲醇為燃料的燃料電池發動機 圖圖7.7為以甲醇為燃料的燃料電池發動機系統。在以甲醇為為以甲醇為燃料的燃料電池發動機系統。在以甲醇為 燃料的燃料電池發動機系統中，用甲醇供應系統代替了上述燃料的燃料電池發動機系統中，用甲醇供應系統代替了上述 的氫氣供應系統。包括甲醇儲存裝置、甲醇供應系統的泵、的氫氣供應系統。包括甲醇儲存裝置、甲醇供應系統的泵、 管道、閥門、加熱器及控制裝置等。管道、閥門、加熱器及控制裝置等。 圖圖7.8為以甲醇為燃料的為以甲醇為燃料的FCEV的總布置基本模型的總布置基本模型。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCH

44、OOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 34 頁 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 35 頁 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 36 頁 （1）甲醇儲存裝置）甲醇儲存裝置甲醇可以用普

45、通容器儲存，不需要甲醇可以用普通容器儲存，不需要 加壓或冷藏。加壓或冷藏。 （2）燃燒器、加熱器和蒸發器）燃燒器、加熱器和蒸發器甲醇進入改質器之前，甲醇進入改質器之前， 要蒸發成甲醇和純水的混合氣。要蒸發成甲醇和純水的混合氣。 （3）重整器）重整器重整器是將甲醇用改質技術轉化為氫氣的重整器是將甲醇用改質技術轉化為氫氣的 關鍵設備。不同的碳氫化合物采用不同的重整技術，在重整過關鍵設備。不同的碳氫化合物采用不同的重整技術，在重整過 程中的溫度、壓力會有所不同程中的溫度、壓力會有所不同 。 （4）氫氣凈化器）氫氣凈化器改質器所產生的改質器所產生的H2因為含有少量的因為含有少量的CO， 因此必須對因此

46、必須對H2進行凈化處理。進行凈化處理。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 37 頁 在在FCEV上燃料電池發動機是主要電源，另外還配備有輔助動上燃料電池發動機是主要電源，另外還配備有輔助動 力源。根據力源。根據FCEV的設計方案不同，其所采用的輔助動力源也有的設計方案不同，其所采用的輔助動力源也有 所不同，所不同， 可以用蓄電池組、飛輪儲能器或超大容量電容器等共可以用蓄電池組、飛輪儲能器或超大容量電容器等共 同組成雙電源

47、系統。在具有雙電源系統的同組成雙電源系統。在具有雙電源系統的FCEV上，驅動電動機上，驅動電動機 的電源可以出現以下驅動模式。的電源可以出現以下驅動模式。 （1）在）在FCEV起動時，由輔助動力源提供電能帶動燃料電池發起動時，由輔助動力源提供電能帶動燃料電池發 動機起動，或帶動車輛起步。動機起動，或帶動車輛起步。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 38 頁 （2）車輛行駛時，由燃料電池發動機提供驅動所需全部電能，）車輛行

48、駛時，由燃料電池發動機提供驅動所需全部電能， 剩余的電能儲存到輔助動力源裝置中。剩余的電能儲存到輔助動力源裝置中。 （3）在加速和爬坡時，若燃料電池發動機提供的電能還不足）在加速和爬坡時，若燃料電池發動機提供的電能還不足 以滿足以滿足FCEV驅動功率要求，則由輔助動力源提供額外的電能，驅動功率要求，則由輔助動力源提供額外的電能， 使驅動電動機的功率或轉矩達到最大，形成燃料電池發動機與使驅動電動機的功率或轉矩達到最大，形成燃料電池發動機與 輔助動力源同時供電的雙電源的供電模式。輔助動力源同時供電的雙電源的供電模式。 （4）貯存制動時反饋的電能，以及向車輛的各種電子、電器）貯存制動時反饋的電能，以

49、及向車輛的各種電子、電器 設備提供所需要的電能。設備提供所需要的電能。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 39 頁 1裝置裝置DC/DC的必要性的必要性 FCEV采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電， 電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不可能接受外電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。燃料電池不可能接受外 電源的充電，電流的方向只是單向流動。電源的充電，電流的方向

50、只是單向流動。 FCEV采用的輔助電源（蓄電池和超級電容器）在充電和放采用的輔助電源（蓄電池和超級電容器）在充電和放 電時，也是以直流電的形式流動，但電流的方向是可逆性流動。電時，也是以直流電的形式流動，但電流的方向是可逆性流動。 FCEV上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩 定狀態。定狀態。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 40 頁 2DC/DC變換器的基本功能

51、變換器的基本功能 （1）當輸入直流電壓在一定范圍內變化時，能輸出負載要求）當輸入直流電壓在一定范圍內變化時，能輸出負載要求 的變化范圍的直流電壓，例如，輸入電壓最低時也能達到最高輸的變化范圍的直流電壓，例如，輸入電壓最低時也能達到最高輸 出電壓，輸入電壓最高時也能達到最低輸出電壓等。出電壓，輸入電壓最高時也能達到最低輸出電壓等。 （2）輸出負載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的直）輸出負載要求的直流電流（范圍）：能夠輸出足夠的直 流負載電流，并且能夠允許在足夠寬的負載變化范圍的情況下流負載電流，并且能夠允許在足夠寬的負載變化范圍的情況下 （例如，從空載到滿載，即電流從零到最大（例如，從空載

52、到滿載，即電流從零到最大)，設備能正常運行，設備能正常運行 （例如，電壓穩定、不損壞器件）。（例如，電壓穩定、不損壞器件）。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 41 頁 3FCEV車載車載DC/DC的功能的功能 （1）調節燃料電池的輸出電壓。由于燃料電池的輸出特性較）調節燃料電池的輸出電壓。由于燃料電池的輸出特性較 軟，難以滿足驅動電動機控制器的需求，所以借助軟，難以滿足驅動電動機控制器的需求，所以借助DC/DC變換變換

53、 器對燃料電池的輸出電壓進行調節。器對燃料電池的輸出電壓進行調節。 （2）調節整車能量分配。燃料電池轎車是一種混合動力轎車，）調節整車能量分配。燃料電池轎車是一種混合動力轎車， 具有燃料電池和動力蓄電池兩種能源，控制燃料電池的輸出能具有燃料電池和動力蓄電池兩種能源，控制燃料電池的輸出能 量就可以控制整車能量的分配。量就可以控制整車能量的分配。 （3）穩定整車直流母線電壓。燃料電池的輸出電壓經過）穩定整車直流母線電壓。燃料電池的輸出電壓經過 DC/DC變換器后能穩定整車直流母線電壓。變換器后能穩定整車直流母線電壓。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF T

54、ECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 42 頁 4FCEV車載車載DC/DC的要求的要求 （1）變換器是能量傳遞部件，因此需要轉換效率高，以便提）變換器是能量傳遞部件，因此需要轉換效率高，以便提 高能源的利用率；高能源的利用率； （2）為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應具有升）為了降低對燃料電池的輸出電壓要求，變換器應具有升 壓功能；壓功能； （3）由于燃料電池輸出的不穩定，需要變換器閉環運行進行）由于燃料電池輸出的不穩定，需要變換器閉環運行進行 穩壓，為了給驅動器穩定的輸入，需要變換器有較好的

55、動態調穩壓，為了給驅動器穩定的輸入，需要變換器有較好的動態調 節能力；節能力； （4）體積小，重量輕。）體積小，重量輕。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 43 頁 燃料電池電動汽車用的驅動電動機主要有直流電動機、交流電燃料電池電動汽車用的驅動電動機主要有直流電動機、交流電 動機、永磁電動機和開關磁阻電動機等。動機、永磁電動機和開關磁阻電動機等。 （1）直流電動機驅動系統采用換向器和電刷，保證了勵磁磁）直流電動機驅動系統

56、采用換向器和電刷，保證了勵磁磁 動勢與電樞磁動勢的嚴格正交，易于控制。但直流電動機結構動勢與電樞磁動勢的嚴格正交，易于控制。但直流電動機結構 復雜，其高速性能和可靠性受換向器和電刷的影響較大。復雜，其高速性能和可靠性受換向器和電刷的影響較大。 （2）交流電動機堅固耐用、結構簡單、技術成熟、免維護、）交流電動機堅固耐用、結構簡單、技術成熟、免維護、 成本低，尤其適合惡劣的工作環境。其缺點在于損耗大、效率成本低，尤其適合惡劣的工作環境。其缺點在于損耗大、效率 低、功率因數低，進而導致控制器容量增加，成本上升。低、功率因數低，進而導致控制器容量增加，成本上升。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海）

57、HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 44 頁 （3）永磁電動機驅動系統通常可分為方波供電的無刷直流）永磁電動機驅動系統通常可分為方波供電的無刷直流 電動機和正弦波供電的永磁同步電動機。轉子采用永磁體，不電動機和正弦波供電的永磁同步電動機。轉子采用永磁體，不 需要勵磁。因此，功率因數大，電動機具有較高的功率密度和需要勵磁。因此，功率因數大，電動機具有較高的功率密度和 效率。但仍然存在成本高、可靠性較低及使用壽命較短的缺點。效率。但仍然存在成本高、可靠性較低及使用

58、壽命較短的缺點。 （4）開關磁阻電動機驅動系統作為一種基于）開關磁阻電動機驅動系統作為一種基于“磁阻最小原磁阻最小原 理理”設計的新型電動機，定子、轉子均采用凸極結構，具有結設計的新型電動機，定子、轉子均采用凸極結構，具有結 構簡單、可靠性高、控制簡便及功率構簡單、可靠性高、控制簡便及功率/轉矩特性優越的特點。轉矩特性優越的特點。 但存在噪聲大、轉矩和母線電流脈動嚴重的缺陷。但存在噪聲大、轉矩和母線電流脈動嚴重的缺陷。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院

59、汽車工程學院 新能源汽車技術 第 45 頁 燃料電池汽車的動力電控系統主要由燃料電池發動機管理系燃料電池汽車的動力電控系統主要由燃料電池發動機管理系 統統( FCE - ECU) 、蓄電池管理系統、蓄電池管理系統(BMS) 、動力控制系統、動力控制系統 ( PCU ) 及整車控制系統及整車控制系統(VMS)組成，而原型車的變速器系統組成，而原型車的變速器系統 會簡化很多。會簡化很多。 規格嚴格 功夫到家 （威海）（威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學院汽車工程學院 新能源汽車技術 第 4

60、6 頁 1發動機管理系統發動機管理系統 燃料電池發動機管理系統按整車控制器的功率設定值控制燃料燃料電池發動機管理系統按整車控制器的功率設定值控制燃料 電池發動機的功率輸出，監測發動機的工作狀態，保證發動機穩電池發動機的功率輸出，監測發動機的工作狀態，保證發動機穩 定可靠地運行時進行故障診斷及管理。其具體組成包括供氫系統、定可靠地運行時進行故障診斷及管理。其具體組成包括供氫系統、 供氧系統、水循環及冷卻系統。供氧系統、水循環及冷卻系統。 2蓄電池管理系統蓄電池管理系統 蓄電池管理系統分上下兩級，下級蓄電池管理系統分上下兩級，下級LECU負責蓄電池組電壓、負責蓄電池組電壓、 溫度等物理參數的測量，