氢燃料电池汽车动力系统

 

　　动力系统是使电动汽车获得运动能力并用于传递能量的所有部件总称,主要包括:动力源、电机以及传动系。动力源也称能量源,是在电动汽车中将能源转化为电机使用能量的部件或者存储能量部件的总称,主要有燃料电池、汽油机、柴油机、柴油发电机、汽油发电机以及动力蓄电池等。

 

 

　　燃料电池汽车与其它类型车辆(传统内燃机汽车、由蓄电池单独驱动的纯电动汽车和油电混合动力汽车)的最大不同点是其独特的动力系统。燃料电池汽车的核心组成部分为动力系统,动力系统结构形式多种多样的氧燃料电池汽车用“燃料电池+电动机”代替传统内燃机汽车动力系统的“发动机和燃油系统”,并且动力系统发生较大的变化:燃料电池代替发动机成为汽车的主要驱动动力源,同时还添加峰值电源作为辅助动力源(辅助动力源主要是对动态性能响应差、峰值功率输出能力不足的燃料电池进行补充以及吸收再生制动能量),扭转减震器与离合器被删除,减速器代替多档变速器。

 

　　燃料电池系统、峰值电源(蓄电池、超级电容等)、驱动电机、DC/DC转换器、各部件控制器组成氢燃料电池汽车混合动力系统。氧燃料电池汽车混合动力系统各元件性能各异、称合关系复杂,并且道路运行工况要求苛刻,因此对能量控制系统要求严格。本文研究的氧燃料电池汽车动力系统即为燃料电池蓄电池结合的混合动力系统。

 

 

　　氢燃料电池车的工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水（蒸气）带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源！

 

　　氢燃料电池车的优势毋庸置疑，劣势也是显而易见。随着科技的进步，曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善，然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍，这个价格是市场所难以承受的。

 

　　氢燃料电池汽车发展阶段分析

 

　　1、国外

 

　　同济大学新能源汽车工程中心张存满教授介绍说，氢燃料电池汽车的发展经历几个时间段。

 

　　通用在1966年开始研发氢燃料电池汽车，本田开始于1992年，丰田起步于1996年，掀开开始于1998年。

 

　　2002—2008年，尚属于实验研究阶段，没有正式的运营使用；2008—2015年，属于产品与社会结合的阶段，开始投入使用。在2008年，本田生产FCXClarity首款氢能源汽车用于租赁业务，到2014年丰田Mirai燃料电池车。韩国在2013年批量生产现代TucsonFCEV燃料电池车。

 

　　2015—2020年，氢能源汽车进入普及阶段。张存满教授表示，2015年是氢燃料电池汽车的元年。根据计划，2016年本田正式销售新一代的Clarity氢燃料电池汽车，戴姆勒2017年也将正式销售旗下的氢能源汽车。据介绍，戴姆勒本来预计在2014—2015年就推出氢燃料电池汽车，但是为了进一步降低成本，去年开始与日产、福特合作开发氢燃料系统。

 

　　2020—2025年，普及扩大阶段，氢能源汽车快速发展，到2025便开始商业化。

 

　　2、国内

 

　　中国在2001年开始进行氢燃料电池汽车的研发工作，起步相对国外较晚。

 

　　2001—2008年，属于技术研发阶段，还没有具备生产氢能源汽车的能力。直到2008年北京奥运会推出的氢燃料电池示范车，才引起关注。

 

　　2008—2020年，技术与社会结合阶段，在2010年，氢燃料电池汽车再次以示范车的身份出现在上海世博会上。2014年，上汽启动的“创新征程——2014年新能源汽车万里行”活动中，荣威750燃料电池车以其动力强劲且操控性能稳定的特点，成为国内氢燃料电池汽车技术的代表。

 

　　2020—2025年，从2020年开始，预计国内氢燃料电池汽车开始普及，到2025年是普及扩大化阶段。很多企业也开始着手布局氢能源汽车项目，为新能源终极目标做准备。

 

　　2030年——商业化阶段开始。

 

　　张存满教授表示，我国从2001年中国才开始注重氢燃料电池的研发工作，从起步阶段进入到商业化阶段，整体来看，我国氢能源汽车技术要落后国外5—10年的时间。目前，我国以蓄电池电动汽车为主要的发展方向，大量的物力、人力、财力投入，至于氢能源的发展状况并不乐观。并且国家政策没有主导作用，所以氢能源汽车的发展会有一定的滞后。

 

　　中国车企的发展方向政府的影响很大，自主研发的自由灵活、引领作用不明显。张存满教授指出，与国外相比，无论日本、韩国等亚洲国家，还是美国、德国等欧美国家的汽车企业的自主研发占主导作用，具有前瞻性，市场自由灵活度高。“未来国内外氢燃料汽车发展的差距缩小可能性不大，令人担心的还是差距的拉大，主要还是看国内自主品牌是否持续投入发力。”