6.2.1 燃料电池发动机
在FCEV所采用的燃料电池发动机中，为保证 PEMFC组的正常工作，除以PEMFC组为核心外，还 装有氢气供给系统、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。
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6.1.3 燃料电池电动汽车对燃料电池的基本要求
（1）燃料电池的比能量不低于150～200Wh /kg, 比 功率不低于300～400 W/kg。要求达到或超过美国 先进电池联合体（USABC）所提出的电池性能和使 用寿命的指标。 （2）可以在- 20 ℃的条件下起动和工作, 有可靠的安 全性和密封性, 不会发生燃料气体的结冰和燃料气体 的泄漏。 （3）各种结构件有足够的强度和可靠性, 可以在负荷 变化情况下正常运转。并能够耐受FCEV行驶时的振 动和冲击。
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燃料电池+蓄电池十超级电容形式动力系统结构图
超级电容 燃料电池系统
蓄电池
驱动电动机
传动系
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4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容 联合驱动的FCEV
这种结构的优点相比燃料电池+蓄电池的结 构形式的优点更加明显，尤其是在部件效率， 动态特性，制动能量回馈等方面。而其缺点也 一样更加明显： （1）增加了超级电容，系统质量将可能增加； （2）系统更加复杂化，系统控制和整体布置的
难度也随之增大。
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6.1.2 燃料电池电动汽车的特点
1.燃料电池汽车的优点： （1）效率高：可以达到30%以上； （2）续驶里程长； （3）绿色环保：生成物只有水，属于零排放； （4）过载能力强； （5）低噪音：运行过程中噪音和振动都较小； （6）设计方便灵活。
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6．整车热管理
（1）燃料电池发动机自身的运行温度为60~70℃左 右，实际的散热系统工作温度大致可以控制在60℃， 必须依赖整车动力系统提供额外的冷却动力为系统 散热，因此二者之间的平衡将是在热管理开发方面 必须关注的； （2）目前整车各零部件的体积留给整车布置回旋的 余地很小，造成散热系统设计的改良空间不大，无 法采用通用的解决方案应对，必须开发专用的零部 件。
4．燃料电池与辅助蓄电池和超级电容 联合驱动的FCEV
燃料电池与蓄电池和超级电容联合驱动的电动 汽车的动力系统结构也为串联式混合动力结构。
燃料电池、蓄电池和超级电容一起为驱动电机 提供能量，驱动电机将电能转化成机械能传给传动 系，驱动汽车前进；在汽车制动时，驱动电机变成 发电机，蓄电池和超级电容将储存回馈的能量。
3．燃料电池与超级电容联合驱动FCEV
这种结构形式与燃料电池+蓄电池结构相似，只 是把蓄电池换成超级电容。
相对于蓄电池，超级电容充放电效率高，能量 损失小，比蓄电池功率密度大，在回收制动能量方面 比蓄电池有优势，循环寿命长，但是超级电容的能量 密度较小。
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8．多能源动力系统的能量管理策略
能量管理策略对燃料经济性影响很大，且受到 动力系统参数和行驶工况的双重影响。
完成能量管理策略的工况适应性开发后，其核 心问题转变为功率分配优化，当然还必须考虑一些 限制条件。按照是否考虑这些变量的历史状态，可 以把功率分配策略分为瞬时与非瞬时策略两大类。
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第6章 燃料电池电动汽车
6.1 概述 6.2 燃料电池电动汽车的基本结构 6.3 燃料电池电动汽车的传动系统 6.4 燃料电池电动汽车车型实例
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6.1 概述
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6.2 燃料电池电动汽车的基本结构
目前燃料电池电动汽车绝大多数采用的是混合 式燃料电池驱动系统，并联式和串联式两种。
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串联式
并联式
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2．车载储氢系统
储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键。 目前，常见的车载储氢系统有高压储氢、低温储存 液氢和金属氢化物储氢三种基本方案。
如何有效减小储氢系统的质量与体积，是车载 储氢技术开发的重点。一个比较理想的方案是，采 用储氢材料与高压储氢复合的车载储氢新模式。
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FCEV结构
燃料电池系统 蓄电池
驱动电动机
传动系
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2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
优点：
（1）由于增加了比功率价格相对低廉得多的蓄电池 组，系统对燃料电池的功率要求较纯燃料电池结构 形式有很大的降低，从而大大地降低了整车成本；
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4．电机及其控制技术
驱动电机是燃料电池电动汽车的心脏，它正向着 大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。当前驱 动电机主要有感应电动机和永磁无刷电动机，永磁无 刷电动机具有较高的功率密度和效率、体积小、惯性 低和响应快等优点，在电动汽车方面有着广阔地应用 前景。
1.以氢为燃料的燃料电池发动机系统
（1）氢气供应、管理和回收系统 气态氢的储存装置通常用高压储气瓶来装载。
液态氢气虽然比能量高于气态氢，由于液态氢气是 处于高压状态，不但需要用高压储气瓶储存，还要 用低温保温装置来保持低温，低温的保温装置是一 套复杂的系统。 （2）氧气供应和管理系统
6.1.1 燃料电池电动汽车的类型 FCEV按主要燃料种类可分为
（1）以纯氢气为燃料的FCEV； （2）经过重整后产生的氢气为燃料的FCEV。
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6.1.1 燃料电池电动汽车的类型
FCEV按“多电源”的配置不同，可分为 （1）纯燃料电池驱动（PFC）的FCEV； （2）燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）的
FCEV； （3）燃料电池与超级电容联合驱动（FC+C）的
FCEV； （4）燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动
（FC+B+C）的FCEV。
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1．纯燃料电池驱动的FCEV
纯燃料电池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。
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2.燃料电池电动汽车的主要缺点
（1）燃料电池汽车的制造成本和使用成本过高 （2）辅助设备复杂，且质量和体积较大 （3）起动时间长，系统抗振能力有待进一步提高
采用氢气为燃料的FCEV起动时间一般需要3分 多钟，而采用甲醇或者汽油重整技术的FCEV则长达 10多分钟，比起内燃机汽车起动的时间长得多，影 响其机动性能。
燃料电池系统
驱动电动机
传动系
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1．纯燃料电池驱动的FCEV
优点： （1）结构简单，便于实现系统控制和整体布置； （2）系统部件少，有利于整车的轻量化； （3）较少的部件使得整体的能量传递效率高。
缺点： （1）燃料电池功率大、成本高； （2）对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了 很高的要求； （3）不能进行制动能量回收。
2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
缺点： （1）蓄电池的使用使得整车的质量增加，动力性和经
济型受到影响，这一点在能量复合型混合动力汽车 上表现更为明显； （2）蓄电池充放电过程会有能量损耗； （3）系统变得复杂，系统控制和整体布置难度增加。
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6.1.4 燃料电池电动汽车的关键技术
1．燃料电池系统 燃料电池是燃料电池汽车发展的最关键技术之
一。燃料电池堆技术发展趋势可用耐久性、低温启动 温度、净输出比功率以及制造成本四个要素来评判。
降低成本也是燃料电池堆研究的目标，控制成 本的有效手段是减少材料费(电催化剂、电解质膜、 双极板等)，降低加工费(膜电极制作、双极板加工和 系统装配等)。
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HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOG下关键问 题：
燃料电池发动机及电机的相关布置 动力电池组的车身布置、氢气瓶的安全布置 高压电安全系统的车身布置问题。
这些核心部件的布置，不仅要考虑布置 方案的优化及零部件性能实现的便利，还要 求相关方案必须考虑传统汽车不具备的安全 性问题。
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