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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
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
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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。
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。
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2．燃料电池与辅助蓄电池联合驱动FCEV
该结构为一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 起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转 化成机械能传给传动系，从而驱动汽车前进； 在汽车制动时，驱动电机变成发电机，蓄电 池将储存回馈的能量。
5．整车布置
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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3．车载蓄电系统
（3）锂离子电池具有比能量大、比功率高、自放 电小、无记忆效应、循环特性好、可快速放电等优点。
（4）超级电容器能在短时间内提供或吸收大的功 率，为蓄电池数十倍，效率高、具有上万次的循环寿 命和极长的储存寿命、工作温度范围宽、能使用的基 础材料价格便宜，可以作为混合型动力汽车的有效蓄 电系统。
氧气的来源有从空气中获取氧气或从氧气罐中 获取氧气，空气需要用压缩机来提高压力，以增加 燃料电池反应的速度。
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1.以氢为燃料的燃料电池发动机系统
（3）水循环系统 燃料电池发动机在反应过程中将产生水和热量，
在水循环系统中用冷凝器、气水分离器和水泵等对 反应生成的水和热量进行处理，其中一部分水可以 用于空气的加湿。 （4）电力管理系统
（3）系统对燃料电池的动态响应性能要求较低； （4）汽车的冷启动性能较好； （5）制动能量回馈的采用可以回收汽车制动时的部
分动能，该措施可能会增加整车的能量效率。
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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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1.3 燃料电池电动汽车对燃料电池的基本要求
（4）FCEV除排放达到零污染的要求外, 动力性能要 求基本达到或接近内燃机汽车的动力性能的水平, 性 能稳定可靠。 （5）各种辅助技术装备的外形尺寸和辅助技术装备 的质量应尽可能地减小, 以符合FCEV的装车要求。 （6）燃料充添方便、迅速, 燃料电池能够方便地进行 电极和催化剂的更换和修理。 （7）所配置的辅助电源, 应能满足提供起动电能和储 存制动反馈电能的要求。
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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)。
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
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。
燃料电池电动汽车
1 概述 2 燃料电池电动汽车的基本结构 3 燃料电池电动汽车的传动系统 4 燃料电池电动汽车车型实例
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1 概述
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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7．整车与动力系统的参数选择与优化设计
燃料电池汽车整车性能参数是整个燃料电池动 力系统开发的信息输入，而虚拟配置的动力系统的 特性参数也影响项目整车性能。两者之间的参数选 择是一个多变量多目标的优化设计过程，而且参数 选择与行驶工况和控制策略紧密相关。
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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。
（2）燃烧器、加热器和蒸发器 甲醇进入改质器之前，要蒸发成甲醇和纯水的混
合气。 （3）重整器
不同的碳氢化合物采用不同的重整技术，在重整 过程中的温度、压力会有所不同 。 （4）氢气净化器
改质器所产生的H2因为含有少量的CO，因此必 须对H2进行净化处理。
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燃料电池发动机系统 甲醇为燃料
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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+蓄电池源自构相似，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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总布置基本结构模型 氢为燃料
１驱动轮 ２驱动系统 ３驱动电动机 ４ＤＣ／ＡＣ逆变器 ５辅助电源装置 ６燃料电池发动机 ７空气压缩机 8 氢气储存罐 ９氢气供应系统辅助装置 １０中央控制器 11 ＤＣ／ＤＣ变换器
2．以甲醇为燃料的燃料电池发动机
（1）甲醇储存装置 甲醇可以用普通容器储存，不需要加压或冷藏。
燃料电池所产生的是直流电，需要经过DC/DC 变换器进行调压，在采用交流电动机的驱动系统中， 还需要用逆变器将直流电转换为三相交流电。
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燃料电池发动机系统 氢为燃料
１氢气储存罐 ２氢气压力调节仪表 ３热交换器 ４氢气循环泵 ５冷凝器及气水分离器 ６水箱 ７水泵 ８空气压缩机 ９加湿器及去离子过滤装置 １０燃料电池组 １１ 电源开关 １２ ＤＣ／ＤＣ变换器 １３ ＤＣ／ＡＣ逆变器 １４ 驱动电动机
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FCEV结构
燃料电池系统 蓄电池
驱动电动机
传动系
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；
（2）燃料电池可以在比较好的设定的工作条件下工 作，工作时燃料电池的效率较高；
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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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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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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
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。