燃料电池在电动车领域的应用

——翔耀自动化 燃料电池生产制造配套自动化设备

 

燃料电池电动车，其实也称为燃料电池混合动力汽车(燃料发动机+锂离子电池混合)，燃料电池其实不是真正意义上的电池，而是将化学能转化为电能的燃料发动机。

盘点一下这几年，从概念车，到实际车型迈进的4款燃料电池电动汽车。

1、丰田“Fine-X”

“Fine-X”为4轮转向与4轮驱动的燃料电池混合动力汽车，于2005年在39届东京国际车展上推出。

“Fine-X”不仅装备了当时先进性能的燃料电池系统且具有良好的动力性和操纵稳定性，包括采用4轮独立的大转角转向系统，并在4轮中各设有一台轮毂电机。采用4轮独立控制的轮毂电机和能量型的燃料电池汽车混合动力系统结构，如图所示。

该车采用的燃料电池组和70MPa氢燃料箱设计在地板下，通过采用轮内马达对四个车轮进行驱动，实现了真正的燃料电池汽车式封装；燃料电池组采用新型合金催化剂，大幅度减少了贵金属的使用量；车顶采用带铰链的“鸥翼”式车门，前座椅为旋转式，座椅靠背和地板均使用植物材料；车轮可实现四轮独立转向，在原地旋转角度近90度，可在静止时旋转、也可仅旋转前轴或后轴进行转向等。

2、通用“Sequel”

通用“Sequel”是首辆一次加油可以行使480公里的燃料电池汽车，于2005年发布。

通用“Sequel”的驱动系统具有3台电机，其中包括两台轮毂电机。一台横向安装的3相60kw电机负责驱动前轮, 两台3相25kw轮毂电机负责驱动后轮。能量型驱动系统结构，即燃料电池通过DC/DC变换器与高压总线连接。混合动力系统结构如下图所示。

从起步加速到48km/h仅用3秒时间, 加速到96km/h也只用不到10秒的时间。总功率达到110m,轮毂电机提供的总扭矩达到惊人的3398N·m。这种大扭矩使得驾驶“Sequel”能享受到极大的乐趣。

3、 丰田“MIRAI”

丰田“MIRAI” 氢燃料电池汽车于2014年发布，是世界上第一个出现在大众市场的燃料电池汽车。

“MIRAI”的动力系统被称作TFSC(Toyota FC Stack)，即丰田燃料电池堆栈，是以燃料电池堆栈为核心组件的混合动力系统。动力系统为单电机前轮驱动，燃料电池通过升压DC/DC变换器与高压总线连接，蓄电池采用氢镍动力电池组。系统结构如下图所示。

TFSC没有传统的汽油发动机，也没有变速器。发动机舱内部是电动机和电动机的控制单元。在驾驶舱底部布置着的燃料电池堆栈是整套系统的核心。在车身后桥部分放置着个氢镍动力电池组和前后两个高压储氢罐，没有油箱和大面积的锂离子电池。

燃料电池组最大输出功率为114 kW，功率输出密度为3.1kW/L。比之前丰田公布的FCHV-adv燃料电池车要高2.2倍。同时它的最大扭矩335N·m，10秒内可以完成百公里加速，完全能够应付平常的行车需求。充满燃料的“MIRAI”拥有近似于传统汽油车款的巡航里程，达到约500公里；而即便燃料用光了，将燃料回填补满的时间也仅需约3分钟，与传统汽油车的加油时间相近。

4、 大众“Hymotion”

大众“Hymotion”氢燃料电池汽车于2014年发布。

大众“Hymotion” 混合驱动系统采用双电机后轮驱动，两电机分别通过轮边减速器驱动左右后车轮，采用锂电池组，由e-Golf上的电池组改进而来。燃料电池通过DC/DC变换器与高压总线连接。氢燃料被储存在四个纤维容器内，并置于车身下方。混合动力系统结构如下图所示。

氢燃料电池动力系统最大功率为95.6kW，其0-100km/h加速时间为10秒。充满氢气后，大众 “Hymotion”将拥有500km的续航里程。当氢气用尽时，仅需要3分钟便可充满。

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