燃料電池汽車的關(guān)鍵技術(shù)

電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括電動技術(shù)、 自動化技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)及化學(xué)技術(shù)，雖然能源是最首要的問題，但是車身結(jié)構(gòu)、電力驅(qū)動以及能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化同樣至關(guān)重要。 　　與內(nèi)燃機(jī)車相比，電動汽車的行駛里程較短，因此為了盡可能地利用車載的儲存能量，必須選用合適的能量管理系統(tǒng)?？梢栽谄嚨母鱾€子系統(tǒng)安裝傳感器，包括車內(nèi)外溫度傳感器、充放電時間的電流電壓傳感器、電動機(jī)的電流電壓傳感器、車速傳感器、加速度傳感器及外部氣候和環(huán)境傳感器。能量管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 9 個功能： 　　1）優(yōu)化系統(tǒng)能量流； 　　2）預(yù)計所生的能量來估計還能行駛的路程； 　　3）提供參考以便進(jìn)行有效操作； 　　4）直接從制動中獲取能量存入儲能元件，例如：蓄電池； 　　5）根據(jù)外界的氣候調(diào)節(jié)溫度控制； 　　6）根據(jù)外界環(huán)境調(diào)節(jié)燈光亮度； 　　7）估計合適的充電算法； 　　8）分析能源，尤其是蓄電池的工作記錄； 　　9）診斷能源的任何不恰當(dāng)或者無效的操作。 　　把能源管理系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合起來，就可以規(guī)劃能源效率的路徑，鎖定充電站的位置并可以根據(jù)交通狀態(tài)預(yù)測可行駛里程。總之，能源管理系統(tǒng)綜合了多功能、靈活和可變的顯著優(yōu)點(diǎn)，從而可以合理利用有限的車載能源 　　1  燃料電池 　　同電化學(xué)電池相比，燃料電池的顯著優(yōu)點(diǎn)在于燃料電池電動汽車可達(dá)到與燃油車一樣的續(xù)駛里程，這是因?yàn)槿剂想姵仉妱悠嚨男旭偫锍虄H與燃料箱中的燃料多少有關(guān)，而與燃料電池的尺寸無關(guān)。實(shí)際上，燃料電池的尺寸僅與電動汽車的功率需求水平有關(guān)。 　　燃料電池的優(yōu)點(diǎn)： 　　1）反應(yīng)物加料時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于電化學(xué)電池的充電時間（機(jī)械充電式電池除外）； 　　2）使用壽命長于電化學(xué)電池并且電池維護(hù)工作量更小。同普通電池相比， 燃料電池是一個能量生成裝置，并且一直產(chǎn)生能量直至燃料用盡?！　∪剂想姵氐膬?yōu)越性有：　　1）高效率地把燃料轉(zhuǎn)化為電能； 　　2）工作安靜； 　　3）零排放或者低排放工作； 　　4）產(chǎn)生的剩余熱量可以再利用； 　　5）燃料補(bǔ)充迅速，燃料易于獲得； 　　6）工作持久可靠。 　　燃料電池電動汽車是汽車、電力拖動、功率電子、自動控制、化學(xué)電源、計算機(jī)、新能源及新材料等工程技術(shù)中最新成果的集成產(chǎn)物。因此，燃料電池電動汽車的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化需要解決諸多關(guān)鍵技術(shù)，如燃料電池、電動機(jī)控制、車身和底盤設(shè)計、測試技術(shù)及系統(tǒng)優(yōu)化等。 　　2  燃料電池新技術(shù) 　　燃料電池是利用氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生清潔能源的，它不會產(chǎn)生 CO2。但是，由于受到氫儲存技術(shù)的限制，目前由燃料電池驅(qū)動的汽車樣機(jī)和示范模型最高行駛距離僅能達(dá)到 322 km。在標(biāo)準(zhǔn)的溫度和壓力下， 如要存儲足夠的氫達(dá)到483 km的行駛距離，就需要一個體積相當(dāng)于雙層巴士大小的機(jī)載燃料電池；而其他方法如將氫氣壓縮儲存在鋼瓶里或?qū)⒁夯臍錃獯鎯υ诠蘩锏龋?均因質(zhì)量和體積問題無法實(shí)用。 　　英國 UK-SHEC 項(xiàng)目組的研究人員，嘗試將氫以更高的密度儲存， 使電池質(zhì)量控制在可接受的范圍內(nèi)。他們采用“化學(xué)吸附”方法，將氣體分子吸入固體化合物的晶格間，在需要時再將其釋放出來?，F(xiàn)在，研究人員已研制出一系列氫化鋰化合物，能很好地滿足上述要求。該項(xiàng)目協(xié)調(diào)人、英國牛津大學(xué)的彼得·愛德華茲教授說，“這是燃料電池行業(yè)和交通運(yùn)輸部門期待已久的突破，這項(xiàng)關(guān)鍵性的突破將使燃料汽車在未來 10 年內(nèi)大量生產(chǎn)和應(yīng)用成為可能。 　　3  驅(qū)動電機(jī)技術(shù) 　　為了使車輛一次加夠燃料后行駛更多里程，以及最大限度地利用氫能源以及盡可能減小車輛改裝后的整備質(zhì)量，這就要求電力驅(qū)動系統(tǒng)有高的效率和功率質(zhì)量比。驅(qū)動電機(jī)應(yīng)向著大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)前驅(qū)動電機(jī)主要有感應(yīng)電動機(jī)（IM）和磁無刷電動機(jī)（PMBLM），特別是永磁無刷電動機(jī)具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車方面有著廣闊地應(yīng)用前景。在設(shè)計和選擇驅(qū)動電機(jī)時應(yīng)保證電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 / 轉(zhuǎn)速特性與整車負(fù)載特性匹配良好， 電機(jī)轉(zhuǎn)矩的動態(tài)性能好，以及恒速、恒功率和變工況都應(yīng)當(dāng)有較高的效率。 　　4  電子控制技術(shù) 　　與傳統(tǒng)汽車相同，電子控制在燃料電池汽車的發(fā)展中也將起著越來越重要的作用。汽車的各種操縱系統(tǒng)都會向著電子化和電動化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“線操控”即用導(dǎo)線代替機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，如“導(dǎo)線制動”和“導(dǎo)線轉(zhuǎn)向”等?，F(xiàn)有的 12 V 動力電源已滿足不了汽車上所有電氣系統(tǒng)的需要，而 42 V 汽車電氣系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將會使汽車電器零部件的設(shè)計和結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的變革； 同時， 機(jī)械式繼電器和熔絲式保護(hù)電路也將隨之淘汰。燃料電池的特性有其自身的特點(diǎn)： 　　1）電壓低，電流大； 　　2）輸出電流會隨溫度的升高而升高，輸出電壓會隨輸出電流的增大而下降； 　　3）從開始輸出電壓、電流到逐漸進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，停留在過渡帶范圍內(nèi)的動態(tài)反應(yīng)時間較長。 　　正是由于以上特點(diǎn)，大多數(shù)電器和電機(jī)難以適應(yīng)其電壓特性，所以必須和DC/DC 變換器和 DC/AC 逆變器配合使用，需要對燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行大量的功率調(diào)節(jié)以保證電壓的穩(wěn)定。 　　5  整車系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù) 　　燃料電池電動汽車的整車系統(tǒng)是涉及多學(xué)科技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其性能受到多學(xué)科相關(guān)因素的影響，因此，必須在充分考慮各影響因素的基礎(chǔ)上，對整車系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，可以改進(jìn)燃料電池電動汽車性能和降低整車的設(shè)計和制造成本。 　　整體化設(shè)計理念中，材料的輕量化和空氣動力學(xué)的充分利用被放在了最重要的位置。因?yàn)槠囋谛旭傔^程中，燃料消耗所產(chǎn)生的能量中，只有小部分是真正被用來推動汽車和乘客，而大部分的能量都通過熱量的損失、滾動阻力、空氣阻力及控制系統(tǒng)的低效率等被消耗掉，其間，汽車本身的質(zhì)量和空氣動力學(xué)因素起著很重要的作用。在整體化設(shè)計過程中，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量的減輕，即輕量化的車身需要更輕的底盤組件和更小的動力總成，而此組件的相互聯(lián)系和組合小，但可以減小體積和減輕質(zhì)量，甚至可以摒棄原先組件，進(jìn)一步減輕系統(tǒng)的質(zhì)量。