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1、新能源汽车A版燃料电池汽车动力系统集成及框架设计冷如波周庆伟凌天钧何健周锋(上海汽车集团股份有限公司新能源汽车事业部)【摘要】中国燃料电池汽车离产业化还有较大的差距,动力系统集成度低是原因之一。文章研究动力系统一体化设计方法,并在一款燃料电池汽车上得到实现。这种集成框架式的设计方法为其它燃料电池汽车动力系统集成提供范例。【主题词】燃料电池汽车动力系统装配工艺性差的主要原因是动力系统集成度比较0引言低。燃料电池汽车动力系统主要包括电驱动系统、动力控制单元(PCU)、电堆、燃料电池空气系随着全球能源危机状况和温室气体排放日益统、水系统以及氢气系统(FCS)等。这些系统的主严重,各国政府和
2、汽车公司都在积极寻求解决方要特点是零部件比较多而零散,单个系统的集成案。新能源汽车在解决这两大问题方面具有广阔度很低,这些都不利于产业化。为了实现燃料电的前景,因此受到普遍重视。各国政府和汽车公池汽车的产业化,提高动力系统集成度是必须解司都在新能源汽车的研发工作中投入了大量的人决的问题。力和物力。2001年,中国确立“十五”国家高新技本文的主要研究目的是针对目前燃料电池汽术研究发展计划(863计划)电动汽车重大专项项车动力系统状况,研究如何提高集成度。并针对目,明确了中国的电动汽车战略发展基本原则,提某款燃料电池汽车动力系统进行一体化集成设出“三横三纵”研发布局。计,采用框架式设计来
3、提高动力系统集成度,从而燃料电池汽车作为一种新能源汽车,具有节提高整车的装配工艺性。并对动力系统集成框架能、零排放、无污染、效率高等优点。但是燃料电进行结构分析和优化设计,为燃料电池汽车动力池系统成本高、基础设施投入大、整车装配工艺差系统集成提供范例。等都是阻碍燃料电池汽车产业化的重要因素。在国家863计划的支持下,国内燃料电池汽车的研1燃料电池汽车动力系统集成发取得较大进展,但是整车的装配工艺性差,这一问题没有得到根本改观。造成燃料电池汽车整车1.1集成设计目标汽车动力总成技术研发,建立适当的研发体制与坡路。也许自主汽车企业不得不重回依靠外国技国外竞争,还是有希望的。反之,如果“妄
4、自菲薄”术的老路。现在应该到了认真思考发展中国汽车或“盲目乐观”,不下大功夫去改变现状,将会走下动力总成的关键时候了!(杨嘉林)收稿日期:2009-07-02·2·上海汽车2009109新能源汽车燃料电池汽车动力系统集成设计的目标是将(2)承载能力要求:能安全承载330kg静载燃料电池汽车动力系统的FCS、PCU、驱动电机、减荷,及整车坐标下X向11g,Y向3g,Z向5g的冲速器、水泵、水箱、增湿器、空调压缩机及其控制系击载荷。统集成为一个刚性整体,并整体通过三个悬置固(3)耐久性要求:满足整车115万km疲劳耐定于车身的前舱内。动力系统集成设计要求具有久性要求。良好的装配、拆卸以及
5、维护工艺性。(4)刚度要求:根据整车总体设计要求,框架1.2集成设计方案在动态载荷下应有足够的刚度,以保证所固定的根据集成设计目标,将动力系统零件分为上零部件之间无相互挤压和碰撞。设计参考标准为下两层布置。上层为FCS、PCU、增湿器、水箱;下框架跨度内,静载下最大变形量不超过0.2mm,冲层为驱动电机、减速器、空气压缩机及其控制器、击载荷下最大变形量不超过1.5mm。空气滤清器、水泵。各零件通过框架结构相互连(5)轻量化要求:在满足功能和性能的前提接在一起。下,尽可能减轻集成框架重量。2.3集成框架的材料选择2燃料电池汽车动力系统集成框架(1)材料使用性能:材料应该具有高比强度、良
6、好的耐冲击性能、耐75℃高温、耐腐蚀;设计(2)材料工艺性能:材料应该具有良好的机械加工性能、铸造性能;根据总体布置方案及各零部件空间结构,集(3)材料经济性能:为满足轻量化要求,材料成框架设计整体方案确定为组装式立方框架结采用高性能轻质合金。构,工艺方案为单件数控加工、批量压力铸造。目前在汽车中应用的轻质金属材料主要有高2.1集成框架设计流程图P2DGRAM强度钢、铝合金、镁合金材料等。其中7050铝合根据集成方案对框架的需求及整车性能要金材料较符合所需材料的使用性能、工艺性能及求,制定框架设计流程如图1所示。经济性能。综合以上因素,框架所选取的材料为7050铝合金。2.4框架详细
7、结构设计集成框架总成设计由8个单体框架和14个安装连接块组成。框架之间以螺栓连接,组装后成为一刚性整体。框架总成以3个悬置点分别固定在车身和副车架上,以实现动力系统一体化集成要求。2.5系统总成装配工艺方案基于对动力系统集成方案的分析,框架结构设计时所确定的系统总成装配工艺分为上下两图1框架设计流程层,上层与下层分别装配分总成,然后完成动力系2.2集成框架的技术要求统总成的装配。工艺方案主流程如图2所示。根据整车性能要求和框架使用环境,由设计2.6潜在失效
