電動汽車燃料電池增程器的係統集成設計

1電動汽車及增程器簡介

電動汽車指全部或部分用電能驅動電動機作為動力係統的汽車。它包括燃料電池電動汽車(FCEV) 、混合動力電動汽車(HEV) 和純電動汽車(BEV) 3種zhong類lei型xing。由you於yu目mu前qian蓄xu電dian池chi儲chu能neng有you限xian
，純chun電dian動dong汽qi車che存cun在zai一yi次ci充chong電dian後hou續xu駛shi裏li程cheng短duan的de問wen題ti。考kao慮lv采cai用yong在zai純chun電dian動dong汽qi車che上shang加jia裝zhuang一yi個ge增zeng程cheng器qi的de方fang法fa來lai配pei合he車che載zai動dong力li電dian池chi在zai不bu同tong工gong況kuang下xia工gong作zuo，增zeng加jia純chun電dian動dong汽qi車che的de續xu駛shi裏li程cheng。

增zeng程cheng器qi是shi為wei了le增zeng加jia純chun電dian動dong汽qi車che行xing駛shi裏li程cheng而er加jia裝zhuang在zai純chun電dian動dong汽qi車che上shang的de一yi個ge附fu加jia儲chu能neng部bu件jian。通tong常chang用yong戶hu可ke以yi在zai出chu行xing時shi根gen據ju行xing駛shi裏li程cheng需xu求qiu自zi行xing選xuan擇ze安an裝zhuang或huo者zhe不bu安an裝zhuang( 降低車重，可以減少能量消耗)。增程器的形式通常有:小型發電機、蓄電池和燃料電池等。而由於增程器的工作特點，通常對其性能有如下要求: 要求係統可靠，長時間待機後可以立刻進入工作狀態; 由於工況單一，要求對工作點進行較好的優化以降低係統成本
，提高效率。

xiangbichundiandongqiche
，daizengchengqidediandongqichezaixingshilichengfangmianyouhendadeyoushi，xiangbichuantongyoudianhunhedongliqiche，daizengchengqidediandongqichezaipaifangfangmianyoudianshifentuchu
，erxiangbixinxingdiandianhunhedongliqiche，daizengchengqidediandongqicheyixudianchiqudongweizhu
，gengpianxiangyuchundiandongqudong，yinciyekeshiqiweiconghunhedongliqudongxiangchundiandongqudongdeyizhongguodufangfa。

2 選擇增程器

tongchangkexuanzedezengchengqileixingweixiaoxingfadianjihuozheranliaodianchi。jiyujinliangbimianshiyongranyouhezhengqushixianlingpaifangdechuzhong，jianyixuanyongxudianchihuoranliaodianchizuozengchengqi。genjudonglidianchidechongdiandianyahecheliangxingshilichengdeyaoqiukeyiquedingzengchengqideshuchudianyahechudianliang。ergenjuzengchengqideshuchudianyahexudianlianglaixuanzemuqianshichangshangsuoxiaoshoudexianchengchanpin，congerkeyisuoduankaifazhouqi
，jieyuekaifachengben。benwenjieshaodeweishiyongranliaodianchizuozengchengqidefangan，zhuyaojieshaoranliaodianchizengchengqidejichengshejifangan。

實例分析假設開發一輛場館車
，整車參數見表1。

2.1 選擇動力性能指標

根據其使用目的和常用工況可以選擇如下動力性能指標。最高車速: Vmax = 35 km/h; 爬坡能力:以Vb =12 km/h 車速爬15%的坡道; 加速能力: 0 ～30 km/h 時小於6 s; 巡航車速: Vn =25 km/h。

2.2 計算

經過計算
，同時考慮到最初設計目標、今後量產選型及成本方麵的要求，選擇其中一路供電電源為磷酸鐵鋰電池電源，其放電電壓在2.5 ～ 3.5 V之間，故可選用20 個放電電壓為3 V的磷酸鐵鋰電池串聯。考慮安全係數可選擇電池參數如下: 電池電壓為60 V，容量為80 Ah; 希望SOC 為0.2 ～0.9; 且該產品為目前已經量產成熟的零部件。

2.3 選擇增程器

要求增程器提供可供該車行駛45 km的能量
，考慮蓄電池充電效率，增程器的儲電量應比蓄電池略大
，磷酸鐵鋰電池充電電壓在3.5 ～ 4 V之間，故選擇增程器輸出電壓為80 V。為wei實shi現xian零ling排pai放fang的de初chu衷zhong，同tong時shi為wei以yi後hou量liang產chan做zuo準zhun備bei，在zai此ci選xuan擇ze小xiao型xing燃ran料liao電dian池chi作zuo為wei增zeng程cheng器qi，且qie該gai小xiao型xing燃ran料liao電dian池chi為wei目mu前qian市shi場chang上shang現xian有you較jiao成cheng熟shu的de產chan品pin(見圖1) 。

3 增程器的布置方式

3.1 燃料電池增程器係統集成設計技術背景

從cong增zeng程cheng器qi總zong成cheng安an裝zhuang結jie構gou方fang麵mian入ru手shou，通tong過guo將jiang增zeng程cheng器qi係xi統tong總zong成cheng結jie構gou改gai為wei可ke快kuai速su更geng換huan結jie構gou，用yong增zeng加jia增zeng程cheng器qi總zong成cheng係xi統tong來lai解jie決jue電dian動dong汽qi車che中zhong續xu駛shi能neng力li不bu足zu的de問wen題ti。

3. 2 燃料電池增程器總成各機構及關鍵部件

工作原理: 整(zheng)個(ge)增(zeng)程(cheng)器(qi)總(zong)成(cheng)通(tong)過(guo)前(qian)端(duan)的(de)錐(zhui)形(xing)定(ding)位(wei)元(yuan)件(jian)和(he)後(hou)端(duan)的(de)鎖(suo)緊(jin)定(ding)位(wei)銷(xiao)以(yi)及(ji)卡(ka)扣(kou)與(yu)側(ce)麵(mian)的(de)輔(fu)助(zhu)擋(dang)板(ban)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)定(ding)位(wei)。當(dang)增(zeng)程(cheng)器(qi)開(kai)始(shi)安(an)裝(zhuang)時(shi)，底(di)板(ban)的(de)滑(hua)輪(lun)接(jie)觸(chu)導(dao)軌(gui)，推(tui)動(dong)到(dao)末(mo)端(duan)後(hou)，滑(hua)輪(lun)滑(hua)入(ru)滑(hua)槽(cao)

，此(ci)時(shi)靠(kao)導(dao)軌(gui)來(lai)支(zhi)撐(cheng)

，然(ran)後(hou)銷(xiao)上(shang)定(ding)位(wei)鎖(suo)緊(jin)銷(xiao)，扣(kou)上(shang)鎖(suo)緊(jin)卡(ka)扣(kou)，則(ze)完(wan)成(cheng)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)機(ji)械(xie)安(an)裝(zhuang)。當(dang)增(zeng)程(cheng)器(qi)進(jin)行(xing)演(yan)示(shi)時(shi)，可(ke)以(yi)把(ba)增(zeng)程(cheng)器(qi)拉(la)出(chu)來(lai)後(hou)，用(yong)支(zhi)撐(cheng)腿(tui)把(ba)它(ta)支(zhi)好(hao)，演(yan)示(shi)結(jie)束(shu)後(hou)，可(ke)以(yi)把(ba)支(zhi)撐(cheng)腿(tui)合(he)上(shang)

，放(fang)入(ru)支(zhi)撐(cheng)架(jia)。

3.3 增程器各子模塊布置

增程器子模塊的布置方式有多種，其中一些常用的布置方式包括就近法、最小空間法、模mo塊kuai化hua法fa。這zhe幾ji種zhong布bu置zhi方fang式shi各ge有you利li弊bi。其qi中zhong就jiu近jin布bu置zhi可ke以yi減jian少shao線xian束shu的de長chang度du，以yi及ji氫qing氣qi管guan路lu的de長chang度du等deng。但dan可ke能neng不bu好hao集ji中zhong管guan理li，感gan覺jiao增zeng程cheng器qi沒mei有you整zheng體ti感gan和he係xi統tong感gan。最zui小xiao空kong間jian布bu置zhi法fa可ke以yi最zui大da範fan圍wei的de壓ya縮suo包bao絡luo空kong間jian，使shi整zheng個ge空kong間jian更geng加jia緊jin湊cou。但dan各ge零ling部bu件jian離li的de太tai近jin可ke能neng會hui產chan生sheng熱re輻fu射she和he電dian磁ci幹gan擾rao等deng一yi些xie負fu麵mian影ying響xiang，導dao致zhi整zheng個ge係xi統tong可ke靠kao性xing下xia降jiang，係xi統tong極ji不bu穩wen定ding，某mou子zi模mo塊kuai出chu現xian問wen題ti時shi
，不bu容rong易yi找zhao出chu相xiang關guan的de故gu障zhang。模mo塊kuai化hua布bu置zhi法fa可ke以yi把ba各ge子zi模mo塊kuai按an照zhao相xiang關guan的de功gong能neng分fen成cheng若ruo幹gan模mo塊kuai
，這zhe樣yang一yi來lai可ke以yi較jiao好hao地di管guan理li相xiang應ying的de模mo塊kuai，同tong時shi也ye可ke以yi減jian少shao一yi些xie熱re輻fu射she和he電dian磁ci幹gan擾rao等deng。當dang其qi中zhong某mou個ge模mo塊kuai出chu現xian問wen題ti時shi，可ke以yi快kuai速su發fa現xian並bing且qie解jie決jue。

在這同時，也便於整體安裝
，把相關的模塊做為一個總成，可以實現該總成快速更換

，同時縮短增程器在車上的安裝時間。

經過綜合比對和考慮，本實例中的電動微型車在空間允許的條件下
，優先考慮第3 種布置方案。在本實例中

，經過細分，可以把燃料電池增程器分為3 個模塊
，其中包括氫氣係統子模塊、燃料電池係統及其管理係統子模塊
、電源係統及其管理係統子模塊3 部分(見圖2) 。

qizhongqingqixitongzimokuaiheranliaodianchixitongjiqikongzhixitongzimokuaizuihoutongguokuaisukakouhefuzhudingweijigoujichengdaodianyuanbianhuanxitongjiwenyaxitongzimokuaidezhijiashang，congergouchengzhenggeranliaodianchizengchengqizongcheng(見圖3) 。

3.4 增程器各子模塊數模

3.4.1 氫氣係統子模塊數模

整(zheng)個(ge)氫(qing)氣(qi)係(xi)統(tong)單(dan)獨(du)布(bu)置(zhi)
，放(fang)在(zai)增(zeng)程(cheng)器(qi)總(zong)成(cheng)的(de)最(zui)後(hou)
，同(tong)時(shi)，該(gai)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)更(geng)換(huan)
，當(dang)氫(qing)氣(qi)用(yong)完(wan)時(shi)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)加(jia)氫(qing)，或(huo)者(zhe)更(geng)換(huan)氫(qing)氣(qi)係(xi)統(tong)。同(tong)時(shi)該(gai)模(mo)塊(kuai)留(liu)有(you)與(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)及(ji)其(qi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)子(zi)模(mo)塊(kuai)的(de)接(jie)插(cha)件(jian)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)管(guan)路(lu)係(xi)統(tong)的(de)快(kuai)速(su)接(jie)換(huan) 。

3.4. 2 燃料電池係統及其控製係統子模塊

燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)及(ji)其(qi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)子(zi)模(mo)塊(kuai)把(ba)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)和(he)與(yu)其(qi)配(pei)合(he)工(gong)作(zuo)的(de)相(xiang)關(guan)子(zi)部(bu)件(jian)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)起(qi)

，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)一(yi)個(ge)小(xiao)的(de)係(xi)統(tong)功(gong)能(neng)，同(tong)時(shi)在(zai)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)時(shi)，也(ye)可(ke)單(dan)獨(du)從(cong)增(zeng)程(cheng)器(qi)總(zong)成(cheng)中(zhong)取(qu)出(chu)，進(jin)行(xing)維(wei)修(xiu)。該(gai)係(xi)統(tong)留(liu)有(you)與(yu)氫(qing)氣(qi)係(xi)統(tong)子(zi)模(mo)塊(kuai)數(shu)模(mo)和(he)電(dian)源(yuan)變(bian)換(huan)係(xi)統(tong)及(ji)穩(wen)壓(ya)係(xi)統(tong)子(zi)模(mo)塊(kuai)的(de)快(kuai)速(su)接(jie)插(cha)件(jian)和(he)快(kuai)速(su)接(jie)頭(tou)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)電(dian)路(lu)和(he)氣(qi)路(lu)的(de)快(kuai)速(su)連(lian)接(jie)和(he)通(tong)斷(duan)，可(ke)以(yi)在(zai)很(hen)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)即(ji)可(ke)把(ba)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)組(zu)裝(zhuang)完(wan)畢(bi)(見圖5) 。

3.4.3 電源變換係統及穩壓係統子模塊

電(dian)源(yuan)變(bian)換(huan)係(xi)統(tong)及(ji)穩(wen)壓(ya)係(xi)統(tong)子(zi)模(mo)塊(kuai)把(ba)大(da)的(de)直(zhi)流(liu)變(bian)換(huan)器(qi)和(he)小(xiao)的(de)直(zhi)流(liu)變(bian)換(huan)器(qi)和(he)繼(ji)電(dian)器(qi)等(deng)電(dian)器(qi)元(yuan)件(jian)集(ji)成(cheng)一(yi)起(qi)
，作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)整(zheng)體(ti)子(zi)模(mo)塊(kuai)，該(gai)模(mo)塊(kuai)也(ye)留(liu)有(you)快(kuai)速(su)接(jie)插(cha)件(jian)，同(tong)時(shi)也(ye)留(liu)有(you)與(yu)整(zheng)車(che)連(lian)接(jie)的(de)接(jie)插(cha)件(jian)
，可(ke)以(yi)把(ba)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)出(chu)的(de)電(dian)變(bian)換(huan)成(cheng)車(che)輛(liang)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)。實(shi)現(xian)3 個子模塊的無縫連接和快速連接(見圖6) 。

3 個子模塊的組合組成了燃料電池增程器總成，該總成可以實現快速更換，當行駛裏程小於55 km時

，可以把增程器總成拔掉
，這樣也可以減少整車的載荷，有利於電池的續駛裏程。當行駛裏程大於55 km 時，即可把燃料電池增程器安裝上。安裝時
，由於是采用多種快速接頭及接插件，不需要太長的時間。

4 結語

文(wen)中(zhong)介(jie)紹(shao)了(le)增(zeng)程(cheng)器(qi)這(zhe)個(ge)比(bi)較(jiao)新(xin)穎(ying)的(de)概(gai)念(nian)，並(bing)詳(xiang)細(xi)說(shuo)明(ming)帶(dai)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)純(chun)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)中(zhong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)係(xi)統(tong)集(ji)成(cheng)方(fang)案(an)，最(zui)後(hou)輔(fu)以(yi)實(shi)例(li)，希(xi)望(wang)能(neng)在(zai)後(hou)期(qi)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)增(zeng)加(jia)續(xu)駛(shi)裏(li)程(cheng)以(yi)及(ji)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)布(bu)置(zhi)集(ji)成(cheng)方(fang)麵(mian)起(qi)到(dao)拋(pao)磚(zhuan)引(yin)玉(yu)的(de)作(zuo)用(yong)，並(bing)能(neng)為(wei)以(yi)後(hou)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)量(liang)產(chan)奠(dian)定(ding)一(yi)定(ding)的(de)基(ji)礎(chu)。