燃料电池电动汽车

图2-3-2 纯燃料电池驱动的电动汽车的动力系统结构
一、 燃料电池电动汽车的类型
3）燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)式电 动汽车
燃料电池+超级电容的结构和燃料电池+蓄 电池结构相似，只是把辅助蓄电池换成超级电容 ，如图2-3-3所示。相对于辅助蓄电池，超级电容 充放电效率高，能量损失小，功率密度大，作回 收制动能量方面比辅助蓄电池有优势，循环寿命 长，但是超级电容的能量密度较小，随行超级电 容技术的不断发展，这种结构将成为一种新的重 要研究方向。
图2-3-6 奥迪h-tron quattro concept车型的氢燃料电池系统
二、燃料电池汽车的结构与工作原理
2）辅助动力源 在燃料电池电动汽车上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备有辅助动力源。根据燃料电池电 动汽车的设计方案不同，其所采用的辅助动力源也有所不同，可以用蓄电池组、飞轮储能器或超大容 量电容器等共同组成双电源系统。 在具有双电源系统的燃料电池电动汽车上，驱动电动机的电源可以出现以下几种驱动模式： （1）车辆起动时，驱动电机的电源由辅助动力源提供。 （2）车辆行驶时，由燃料电池系统提供驱动所需全部电能，多余的电能储存到辅助动力源中。 （3）在车辆加速和爬坡时，若燃料电池系统提供的电能还不足以满足燃料电池电动汽车驱动功率 要求，则由辅助动力源提供额外的电能，增大驱动电机的功率或转，满足车辆的动力要求。此时，形 成燃料电池系统与辅助动力源同时供电的双电源的供电模式。 （4）储存制动时反馈的电能，以及向车辆的各种电子、电器设备提供所需要的电能。
图2-3-8 本田Clarity燃料电池汽车
三、燃料电池电动汽车车型
2017款Clarity上用了一套最新的燃料电池 电压控制单元（Fuel Cell Voltage Control Unit, FCVCU）,如图2-3-9所示。根据官方发布的信 息，FCVCU使用了新的四相位驱动（Fourphase Drive）技术，基于四相位的碳化硅集成 模块（SiC-IPM），但是将其错开90度，将消 除电流转换产生的电流波动时引起的纹波电流 最小化，减小了原本为了缓和纹波电流所需要 的电容量，也就可以使用更小的电容。
图2-3-9 本田Clarity燃料电池系统结构
本章 小节
1、燃料电池电动汽车的类型； 2、燃料电池电动汽车的基本结构与工作原理； 3、丰田Mirai和本田Clarity燃料电池车型的基本结构。
1、燃料电池汽车类型？ 2、燃料电池汽车的工作原理？ 3、我国燃料电池汽车的发展情况？
课后作业
2、按燃料氢的存储方式分类 燃料电池电动汽车按燃料氢的存储方式可分为压缩氢燃料电池电动汽车、液氢燃料电池电动汽车 和合金(碳纳米管)吸附氢燃料电池电动汽车三种。 3、按供电配置不同分类
燃料电池电动汽车按供电配置不同，可分为纯燃料电池驱动(PFC)式、燃料电池与辅助莕电池 联合驱动(FC+B)式、燃料电池与超级电容联合驱动(FC+C)式、燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联 合驱动(FC+B+C)式四种。
三、燃料电池电动汽车车型
1、丰田Mirai 丰田Mirai是一款氢燃料电池车，于 2014年12月15日在日本正式上市，其结构 如图2-3-7所示。
图2-3-7 丰田Mirai的基本组成
三、燃料电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电动汽车车型
2、本田Clarity 在2015年东京国际车展上，本田正式发布 了旗下氢燃料电池车型FCV的量产版车型，并 公布了其正式的名字—CLARITY,如图2-3-8所示 。该款车采用氢燃料电池动力系统，最大续航 里程可达700km，在燃料耗尽后3分钟即可充满 燃料。
一、 燃料电池电动汽车的类型
图2-3-4 燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动(FC+B+C)式电动汽车
二、燃料电池汽车的结构与工作原理
1、燃料电池电动汽车的基本结构 现在的燃料电池电动汽绝大多数采用的是混合式 燃料电池驱动系统，将燃料电池与辅助动力源相结合 ，燃料电池可以只满足持续功率需求，借助辅助动力 源提供加速，爬坡等所需的峰值功率，而且在制动时 可以将回馈的能量储存在辅助动力源中。混合式燃料 电池驱动系统有并联式和串联式两种，如图2-3-5所示 。
燃料电池电动汽车
燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)就是采用燃料电池作为电源的电动汽车。燃 料电池电动汽车一般以质子交换脱燃料电池(PEMFC)作为车载能量源。
一、 燃料电池电动汽车的类型
1、按燃料特点分类 燃料电池电动汽车按燃料特点可分为直接燃料电池电动汽车和重整燃料电池电动汽车两种。 1）直接燃料电池电动汽车
一、 燃料电池电动汽车的类型
1）纯燃料电池驱动(PFC)式电动汽车 纯燃料电池驱动的电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承
担。纯燃料电池驱动的电动汽车的动力系统结构如图2-3-1所示。
图2-3-1 纯燃料电池驱动的电动汽车的动力系统结构
一、 燃料电池电动汽车的类型
2）燃料电池与辅助蓄电池联合驱动(FC+B)式电 动汽车
新能源汽车技术
——冷却系统
——燃料电池电动汽车
1课时
提出任务
作为一名汽车专业的学生，你知道燃料电池汽车结构特点及 工作原理吗？
燃料电池电动汽车
燃料电池电动车类型 燃料电池电动车基本结构及工作原理 典型燃料电池汽车基本结构
本节 重点
（1）知道燃料电池电动汽车的类型； （2）知道燃料电池电动汽车的基本结构与 工作原理； （3）知道丰田Mirai和本田Clarity燃料电池 车型的基本结构。
二、燃料电池汽车的结构与工作原理
3）DC/DC变换器 燃料电池电动汽车采用的电源有各自的特性，燃料电池仅提供直流电，电压和电流随输出电流的 变化而变化。燃料电池没有接受外电源的充电，电流的方向只是单向流动。 燃料电池电动汽车中的DC/DC变换器的主要实现以下三个功能： （1）调节燃料电池的输出电压； （2）调节整年能量分配； （3）稳定整车直流母线电压。 4）驱动电动机 燃料电池电动汽车用的驱动电动机主要有直流电机、交流电机、水磁电机和开关磁阻电动机等。 燃料电池汽车驱动电动机的选型必须结合整车开发目标，综合考虑电动机的特性。
二、燃料电池汽车的结构与工作原理
2、燃料电池电动汽车的工作原理 燃料电池汽车的工作原理是，作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧气发生氧化 还原化学反应，产生出电能来带动电动机工作，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车 的前桥（或后桥）等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。 燃料电池的反应结果会产生极少的二氧化碳和氮氧化物，副产品主要产生水，因此被称为绿色新 型环保汽车。燃料电池汽车是电动汽车的一种，其核心部件燃料电池。通过氢气和氧气的化学作用， 而不是经过燃烧，直接变成电能动力。
图2-3-3 燃料电池+超级电容结构的动力系统
一、 燃料电池电动汽车的类型
4）燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动(FC+B+C)式电动汽车 燃料电池+辅助蓄电池+超级电容联合驱动的电动汽车的动力系统结构如图2-3-4所示，该结
构也为并联式混合动力结构。在该动力系统结构中，燃料电池、辅助蓄电池和超级电容一起为驱动 电动机提供电能，驱动电动机将电能转化成机械能经传动系统传给车轮，从而驱动汽车行驶；在汽 车制动时，进入能量回收模式，驱动电机变成发电机，发电产生的电能回馈储存到辅助蓄电池和超 级电容中。在燃料电池、辅助蓄电池和超级电容联合供电时，燃料电池的电能输出较为平缓，随时 间变化波动较小，而电能需求变化的低频部分由辅助蓄电池承担，能量需求变化的高频部分由超级 电容承担。在这种结构中，各动力源的分工更加明细，使它们的发挥各自的优势。
直接燃料电池电动汽车的燃料主要是氢气。直接燃料电池电动汽车排放无污染，被认为是最理想 的汽车，但存在氢的制取和存储困难等缺点。
2）重整燃料电池电动汽车 重整燃料电池电动汽车的燃料主要有汽油、天然气、甲醇、甲烷、液化石油气等。重整燃料电 池电动汽车的结构比氢燃料电池电动汽车复杂得多。
一、 燃料电池电动汽车的类型
燃料电池与辅助蓄电池联合驱动的燃料电池电 动汽车的动力系统结构，如图2-3-2所示。该结构是 一个典型的串联式混合动力结构。在该动力系统结构 中，燃料电池和蓄电池一起为驱动电动机提供能量， 驱动电动机将电能转化成机械能传给传动系统，从而 驱动汽车行驶；在汽车制动时，驱动电动机变成发电 机，蓄电池将储存回馈的能量。在燃料电池和蓄电池 电池联合供能时，燃料电池的能量输出变化较为平缓 ，随时间变化波动较小，而能量需求变化的高频部分 由蓄电池分担。
图2-3-5 混合式燃料电池电动汽车驱动系统结构框图
二、燃料电池汽车的结构与工作原理
混合式燃料电池电动汽车的动力系统主要由燃 料电池系统、辅助动力源、DC/DC变换器、 DC/AC逆变器、电动机和动力电控系统等组成。
1）燃料电池系统 燃料电池电动汽车中的燃料电池系统主要由燃 料电池组、氢气供给系统、氧气供给系统、气体加 湿系统、反应生成物的处理系统、冷却系统和电能 转换系统等组成。图2-3-6所示是奥迪h-tron quattro concept车型的氢燃料电池系统。 只有这些辅助系统匹配恰当和运转正常，才能 保证燃料电池系统正常运转，保证电能的输出。