燃料電池電動(dòng)汽車(chē)實(shí)質(zhì)上是電動(dòng)汽車(chē)的一種,在車(chē)身、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面,燃料電池電動(dòng)汽車(chē)與普通電動(dòng)汽車(chē)基本相同,主要區(qū)別在于動(dòng)力電池的工作原理不同。
燃料電池汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)
燃料電池汽車(chē)的結(jié)構(gòu)有多種形式,按照驅(qū)動(dòng)形式可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)兩種形式。目前,燃料電池電動(dòng)汽車(chē)絕大多數(shù)采用混合式燃料電池驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),即以燃料電池系統(tǒng)作為主動(dòng)力源,同時(shí)增加了蓄電池組或超級(jí)電容作為輔助動(dòng)力源。燃料電池可以只滿足持續(xù)功率的需求,借助輔助動(dòng)力源提供加速、爬坡等所需的峰值功率,在制動(dòng)時(shí)可以將回饋的能量存儲(chǔ)在輔助動(dòng)力源中。
燃料電池電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
燃料電池電動(dòng)汽車(chē)FCEV與其他電動(dòng)汽車(chē)的根本區(qū)別,在于所用的動(dòng)力源是以燃料電池為主的,而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及汽車(chē)所需的各種輔助功能等與其他電動(dòng)汽車(chē)基本相同。
純?nèi)剂想姵剀?chē)只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源,汽車(chē)的所有功率附和都有燃料電池承擔(dān)。目前燃料電池汽車(chē)多采用混合驅(qū)動(dòng)形式,在燃料電池的基礎(chǔ)上,增加了一組電池或超級(jí)電容作為另一個(gè)動(dòng)力源。
主要結(jié)構(gòu)有:能量控制單元,空氣壓縮機(jī),燃料電池堆,高壓儲(chǔ)氫瓶,動(dòng)力電池組,電動(dòng)機(jī)。高壓儲(chǔ)氫瓶提供燃料,動(dòng)力電池組提供而外的功率,讓車(chē)加速、爬坡和高速運(yùn)行。在車(chē)輛滑行時(shí),能量控制單元將驅(qū)動(dòng)電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī),從而將部分汽車(chē)動(dòng)能變?yōu)殡娔芙o動(dòng)力電池充電。也就是說(shuō)采用混合動(dòng)力形式后,不僅可以采用功率較小的電池系統(tǒng),還可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能回收。還可以是燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行工況相對(duì)比較穩(wěn)定,有利提高燃料電池系統(tǒng)效率和壽命。
燃料電池系統(tǒng)
燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)(發(fā)電系統(tǒng))、輔助動(dòng)力源、DC/DC變換器、DC/AC逆變器和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及各相應(yīng)的控制器,機(jī)械傳動(dòng)與車(chē)輛行駛機(jī)構(gòu)等組成。
燃料電池的反應(yīng)機(jī)理是將燃料中的化學(xué)能不經(jīng)過(guò)燃燒直接轉(zhuǎn)化為電能,即通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,實(shí)際上就是電解水的逆過(guò)程,通過(guò)氫氧的化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放電能。電化學(xué)反應(yīng)所需的還原劑一般采用氫氣,氧化劑則采用氧氣,因此最早開(kāi)發(fā)的燃料電池電動(dòng)汽車(chē)多是直接采用氫燃料,氫氣的儲(chǔ)存可采用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲(chǔ)氫等形式。
燃料電池的反應(yīng)不經(jīng)過(guò)熱機(jī)過(guò)程,因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受卡諾循環(huán)的限制,能量轉(zhuǎn)化效率高;它的排放主要是水非常清潔,不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。因此,燃料電池技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)備受各國(guó)政府與大公司的重視,被認(rèn)為是21世紀(jì)的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)之一。