燃料電池汽車的關鍵技術

電動車的關鍵技術包括電動技術、 自動化技術、電子技術、信息技術及化學技術，雖然能源是最首要的問題，但是車身結構、電力驅動以及能源管理系統的優化同樣至關緊要。

與內燃機車相比，電動車的行駛里程較短，因此為了盡可能地利用車載的儲存能量，非得選用適宜的能量管理系統。可以在汽車的各個子系統安裝傳感器，包括車內外溫度傳感器、充放電時間的電流電壓傳感器、電動機的電流電壓傳感器、車速傳感器、加速度傳感器及外部氣候和環境傳感器。能量管理系統可實現 9 個功能：

1）優化系統能量流；

2）預計所生的能量來估計還能行駛的路程；

3）提供參考以便進行有效操作；

4）筆直從制動中獲取能量存入儲能元件，例如：蓄電池；

5）依據外界的氣候調節溫度控制；

6）依據外界環境調節燈光亮度；

7）估計適宜的充電算法；

8）分解能源，尤其是蓄電池的工作記錄；

9）診斷能源的任何不恰當或者無效的操作。

把能源管理系統和導航系統結合起來，就可以規劃能源效率的路徑，鎖定充電站的位置并可以依據交通狀態預測可行駛里程。總之，能源管理系統綜合了多功能、靈活和可變的顯著優勢，從而可以合理利用有限的車載能源

1 燃料電池

同電化學電池相比，燃料電池的顯著優勢在于燃料電池電動車可達到與燃油車一樣的續駛里程，這是因為燃料電池電動車的行駛里程僅與燃料箱中的燃料多少有關，而與燃料電池的尺寸無關。實際上，燃料電池的尺寸僅與電動車的功率需求水平有關。

燃料電池的優勢：

1）反應物加料時間遠遠短于電化學電池的充電時間（機械充電式電池除外）；

2）使用壽命長于電化學電池并且電池維護工作量更小。同一般電池相比， 燃料電池是一個能量生成裝置，并且一直萌生能量直至燃料用盡。燃料電池的優越性有：1）高效率地把燃料轉化為電能；

2）工作靜謐；

3）零排放或者低排放工作；

4）萌生的剩余熱量可以再利用；

5）燃料補充迅速，燃料易于獲得；

6）工作持久可靠。

燃料電池電動車是汽車、電力拖動、功率電子、自動控制、化學電源、計算機、新能源及新材料等工程技術中最新成果的集成產物。因此，燃料電池電動車的開發和產業化需要處理諸多關鍵技術，如燃料電池、電動機控制、車身和底盤設計、探測技術及系統優化等。

2 燃料電池新技術

燃料電池是利用氫和氧的電化學反應來萌生清潔能源的，它不會萌生 CO2。但是，由于受到氫儲存技術的限制，目前由燃料電池驅動的汽車樣機和示范模型最高行駛距離僅能達到 322 km。在標準的溫度和壓力下， 如要存儲足夠的氫達到483 km的行駛距離，就需要一個體積相當于雙層巴士大小的機載燃料電池；而其他辦法如將氫氣壓縮儲存在鋼瓶里或將液化的氫氣存儲在罐里等， 均因質量和體積問題無法實用。

英國 UK-SHEC 項目組的研究人員，嘗試將氫以更高的密度儲存， 使電池質量控制在可接受的范圍內。他們采用化學吸附辦法，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。今朝，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。該項目協調人、英國牛津大學的彼得·愛德華茲教授說，這是燃料電池行業和交通運輸部門期望已久的沖破，這項關鍵性的沖破將使燃料汽車在將來 10 年內大量加工和使用成為可能。

3 驅動電機技術

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量，這就要求電力驅動系統有高的效率和功率質量比。驅動電機應向著大功率、高轉速、高效率和小型化方向發展。當前驅動電機主要有感應電動機（IM）和磁無刷電動機（PMBLM），特別是永磁無刷電動機具有較高的功率密度和效率、體積小、慣性低和應和快等優勢，在電動車方面有著廣闊地使用前景。在設計和選擇驅動電機時應保證電機的轉矩 / 轉速特性與整車負載特性匹配良好， 電機轉矩的動態性能好，以及恒速、恒功率和變工況都應該有較高的效率。

4 電子控制技術

與傳統汽車相同，電子控制在燃料電池汽車的發展中也將起著越來越緊要的作用。汽車的各種操縱系統都會向著電子化和電動化的方向發展，實現線操控即用導線代替機械傳動機構，如導線制動和導線轉向等。現有的 12 V 動力電源已滿足不了汽車上所有電氣系統的需要，而 42 V 汽車電氣系統新標準的實行，將會使汽車電器零部件的設計和結構發生重大的變革； 同時， 機械式繼電器和熔絲式保護電路也將隨之淘汰。燃料電池的特性有其自身的特點：

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、電流到逐漸進入穩定狀態，停留在過渡帶范圍內的動態反應時間較長。

正是由于以上特點，大多數電器和電機難以適應其電壓特性，所以非得和DC/DC 變換器和 DC/AC 逆變器配合使用，需要對燃料電池系統進行大量的功率調節以保證電壓的穩定。

5 整車系統優化技術

燃料電池電動車的整車系統是涉及多學科技術的復雜系統，其性能受到多學科相關因素的影響，因此，非得在充足考慮各影響因素的基礎上，對整車系統進行優化，可以改進燃料電池電動車性能和降低整車的設計和制造成本。

整體化設計理念中，材料的輕量化和空氣動力學的充足利用被放在了最緊要的位置。因為汽車在行駛過程中，燃料消耗所萌生的能量中，惟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的低效率等被消耗掉，其間，汽車本身的質量和空氣動力學因素起著很緊要的作用。在整體化設計過程中，強調質量的減輕，即輕量化的車身需要更輕的底盤組件和更小的動力總成，而此組件的相互聯系和組合小，但可以減小體積和減輕質量，甚至可以摒棄原先組件，進一步減輕系統的質量。

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