燃料电池汽车整车集成的关键技术

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1、燃料电池汽车整车集成的关键技术目前所研究的电动汽车主要冇3种类型，分别是蓄电池电动汽车(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)。FCEV--般以质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为车载能量源oPEMFC是一种通过氢和氧的电化学反应直接产牛电能的装置，反应过程不涉及燃烧，因此不受“卡诺循环”的限制，能量转换效率可达60%〜70%,实际使川效率为普通内燃机的2倍左右。PEMFC的生成物是水，不污染环境，属于“零排放”汽车。尽管目前PEMFC的适价依然偏高，但仍被认为是最有可能替代内燃机成为未來汽车的理想能量源。联合国开发计划署(UNDP，United

2、NationsDevelopmentProgramme)计划在2010年上海世博会期间采用全球招标方式购置12辆燃料电池公共汽车，并建立相应加氢设施，在北京和上海(各6辆)示范运行，预计运行160万km。这些项目将极大地推进燃料电池汽车产业化进程。燃料电池汽车动力及其电控系统结构燃料电池汽车的动力系统由燃料电池发动机及其辅助系统、箫电池组、DC/DC变换器、DC/AC变换器和电机组成，其系统结构框图如图1所示。DC/AC逆变器DC/DC变换器FEC辅助系统•DC/AC(MC)辅助动力鏗电池燃料电池发动机储的图1燃料电池轿车动力系统结构框图相比原型车,它拆除了发动机系统(包括

3、燃油及进排气系统)及传动系统,安装了燃料电池发动机系统及动力箫电池作为千辆的主、辅助电源，电动机作为原动机。燃料电池以氢气作为燃料,为整车提供动力源，多余的能量以及制动冋馈能量存放在动力蓄电池中。在大功率用电的情况下，动力蒂电池和燃料电池一起向电机供电。DC/DC变换器对燃料电池的最大输出电流和功率进行控制以保护燃料电池，同时稳压调节系统高压总线上的电压。DC/AC变换器起电能变换控制的作用，将系统高压总线上的电能转变为适合于直流无刷永磁电机运行的电能，同时控制电动机的运行。燃料电池汽车的动力电控系统主要由燃料电池发动机管理系统(FCE—ECU)、蓄电池管理系统(BMS)、

4、动力控制系统(PCU)及整车控制系统(VMS)组成，而原型车的变速器系统会简化很多。其系统结构框图如图2所示。2燃料电池轿车动力电控系统结构框图燃料电池发动机管理系统包括供氢系统、供氧系统、水循环及冷却系统。管理系统按整车控制器的功率设定值控制燃料电池发动机的功率输出，监测发动机的工作状态，保证发动机稳定可靠地运行，同时进行故障诊断及管理。蓄电池管理系统分上下两级，上级CECU负责动力蓄电池组的电流检测及SOC估算，以及相关的故障诊断，同时运行高压漏电保护策略；下级LECU负贵蓄电池组电压、温度等物理参数的测量，进行过充过放保护及组内组间均衡。动力控制系统包含DC/DC变换

5、器、DC/AC变换器、DCL和空调控制器及空调压缩机变频器，以及电动机冷却系统控制器。DC/DC变换器和DC/AC变换器的作用如询所述，DCL负责将高压电源转换为系统零部件所需的12V/24V低压电源，电动机冷却系统控制器负责电动机及PCU的水冷却系统控制。整车控制系统的核心是多能源控制策略（包括制动能量冋馈功能），它一方面接收來自驾驶员的需求信息（如点火开关、汕门踏板、制动踏板、档位信息等）实现整年工况控制；另一方面基于反馈的实际工况（如车速、制动、电动机转速等）以及动力系统的状况（燃料电池及动力蓄电池的电压、电流等），根据预先匹配好的多能源控制策略进行能量分配调节控制。

6、当然，整车的故障诊断及管理也由它负责。上述系统都通过高速CAN-Bus进行信息交换。在上述基本动力系统架构基础上,根据混合度的不同,燃料电池混合动力汽车可分为电量消耗型和电量维持型。所谓混合度，是指燃料电池额定输出功率与驱动电机额定功率Z比。前者的混合度较低，蓄电池是主要的能量源，燃料电池只作为里程延长器来使川（Plug-in即为该类型燃料电池汽车）；后者•的混合度较高,在行驶过程屮蓄电池的荷电状态基木保持在一个合理的范围，H前国际大部分及国内全部都采用该方案。燃料电池汽车整车集成的关键技术燃料电池汽车是一个复杂系统，对应的整车与动力系统开发包括的内容十分广泛，结合上汽在该

7、领域内的项目开发经验，其整车开发集成的主要关键技术如下：1）整车布置从动力系统结构町以看出，燃料电池汽车在整车布置上存在以下关键问题：燃料电池发动机及电机的和关布置、动力锂电池组的车身布置、氢气瓶的安全布置以及高压电安全系统的车身布置问题。这些核心部件的布置，不仅要考虑布凰方案的优化及零部件性能实现的便利，还必须考虑传统汽车不具备的安全性问题。目前经过国内外儿轮样车试制的过程，燃料电池发动机及电机同时进询舱是一种技术趋势，动力锂电池组沿车身主轴纵向布置好于电池组零星布置，氢气瓶的布置更多地考虑碰撞安全性。最终成型的