Bipolar Plates 7%
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燃料电池技术的发展－成本
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燃料电池技术的发展－耐久性
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燃料电池技术的发展－冷启动性能
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燃料电池技术的发展－功率密度
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储氢技术
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储氢技术
• 燃料电池汽车的直接贮氢方式有如下三种：
动力控制
DCDC，DCAC，DCL
通讯网络
CAN总线通讯
仪表
数字化智能仪表
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1 燃料电池汽车动力系统结构型式
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1 燃料电池汽车动力系统结构型式
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1 燃料电池汽车动力系统结构型式
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1 燃料电池汽车动力系统结构型式
燃料电池车
• 目前，国际上从事质子交换膜燃料电池研究开发的大公司，包 括 加拿大Ballard Power Systems、美国的通用汽车公司等， 在燃料电池发动机研究开发上均高压力（相对压力≥2个大气 压）运行的技术路线，导致高压运行的燃料电池发动机中的 空压机功耗大，超过整个发动机输出功率的20％，且价格极高 （高压）。
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现代汽车技术 第四讲
燃料电池汽车
1、燃料电池汽车动力系统结构型式 2、燃料电池汽车能量管理与动力控制策略 3、燃料电池发动机及及其管理系统 4、其它
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燃料电池汽车结构
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燃料电池汽车结构
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1 燃料电池汽车动力系统结构型式
dSpace
快速原型系统
统一控制算法描述 Simulink
嵌入式代码生成
PowerPC嵌入式车 辆控制器（VMS）
CAN总线
CANApe匹配标定
动力控制系统 主要零部件
惯量和负载模拟系 统
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2 能量管理与动力控制策略
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3燃料电池发动机及其管理系统
燃料电池单元
燃料电池电堆
– 气态（即高压气瓶）贮氢 – 液态（即以液氢形式）贮存 – 贮氢材料贮氢
• 相比气态贮氢，液态贮氢有更高的体积能量密度。 但是液态贮氢要求超低温存贮，对绝热材料及设 计要求很高，是制约其发展的瓶颈。预计近期燃 料电池汽车贮氢方式仍然以气态贮氢方式为主， 谋求进一步提高贮氢压力。此外，新型高容量贮 氢材料，如金属络合物贮氢，碳纳米管贮氢等的 研发也是将来燃料电池贮氢方式取得突破的希望。
磷酸铁锂电池，40Ah
高压气态，350bar， 150L×8 DCDC，DCAC，DCL集成
CAN总线通讯
仪表
数字化智能仪表
空调
电动冷暖双制式空调
燃料电池观光车动力系统拓扑
名称
燃料电池发动机 驱动电机
车载充电机 动力蓄电池 氢气储存系统
配置
整车控制系统 Vehicle Control System
• 我国的中国科学院大连化学物理研究所、上海神力科技有限公 司采用的空气输送装置采用常压的鼓风机，功耗小，大约是整 个发动机输出功 率的5％，系统简单，易于产业化（低压）。
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燃料电池的成本分析
Brakedown of Fuel Cell Material Costs
Compress and Expand
Sensors 4% 5%
Radiators 6% Valves 8%
Stainless Steel 7%
Pump/Motors 3% Circuit Boards and Wiring 2%
MEA 45%
Fuel Processor Catalysts 10%
Balance of Stack 3%
回馈制动：限制最大电流
车辆控制器
燃料电池：最佳效率原则
多能源总成控制系统
AC
DC/DC
= =
~
=
DC/AC
空压机
FCE
FCEMU
燃料电池
氢气储罐
B MU
动力蓄电池：最佳SOC原则
动力蓄电池
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燃料电池客车动力系统拓扑
FCE1 DC/DC
电机控制器
电机
名称
配置
车轮 燃料电池发动机 质子交换膜，55kW×2
质子交换膜，5kW
集中电机9kW 轮毂电机2.8kW*4 1.5kW，220V
磷酸铁锂电池，40Ah 锰酸锂电池，7.5Ah 高压气态，350bar，28L
燃料电池辅助系统 Fuel Cell Support System
燃料电池电堆 Fuel Cell Stack
能量流
信息流
电机控制器 Motor Controller
3燃料电池发动机及其管理系统
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3 燃料电池发动机及其管理系统
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3 燃料电池发动机及其管理系统
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3燃料电池发动机及其管理系统
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3 燃料电池发动机及其管理系统
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4 燃料电池电堆的空气供给系统
• 燃料电池发动机中的空气供应子系统是整个燃料电池发动机辅 助系统中本身消耗功率最大的器件。
HMS 电子 钥匙
油门 开关 FCE2
整车控制器
动力蓄 电池
DC/DC
电机控制器
耦合、变速箱
主减速器
电机
车轮
驱动电机 减速装置 动力蓄电池 氢气储存系统
信息仪表
WCT1
动力控制单元
DCL12V DCL24V Brake EHPS AC 通讯网络
双动力，永磁同步 88kW×2 二档变速，2.588，1.31
燃料电池发动机
1. 燃料电池是一种新型发电装置，由氢气和氧气的聚合反应产生电 能
2. 燃料电池的燃料是氢气和空气中的氧气，唯一的排放物是纯净水
3. 燃料电池的工作温度为 60-80 oC，这种反应过程不会造成大气变 暖
4. 燃料电池发动机结构中只有气体的流动，没有机械的运动，是最 理想的车用发动机
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汽油车
燃料电池车
汽油车
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燃料电池车
汽油车
汽油车
2 能量管理与动力控制策略
期望SOC
SOC调节器
实际SOC
抗干扰 前馈控制
电机负载扰动
电池电流 控制器
动力总成
电池实际电流
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2 能量管理与动力控制策略
ControlDesk 参数调整
TCP/IP
快速原型目标代码生成
轮毂电机 Wheel Hub Motor
DC/DC转换器 DC/DC Converter
轮毂电机 Wheel Hub Motor
电机控制器 Motor Controller
蓄电池控制器 Battery Controller
动力蓄电池 Power Battery
动力蓄电池 Power Battery
蓄电池控制器 Battery Controller