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。

相(xiang)比(bi)純(chun)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)
，帶(dai)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)在(zai)行(xing)駛(shi)裏(li)程(cheng)方(fang)麵(mian)有(you)很(hen)大(da)的(de)優(you)勢(shi)，相(xiang)比(bi)傳(chuan)統(tong)油(you)電(dian)混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)，帶(dai)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)在(zai)排(pai)放(fang)方(fang)麵(mian)優(you)點(dian)十(shi)分(fen)突(tu)出(chu)，而(er)相(xiang)比(bi)新(xin)型(xing)電(dian)電(dian)混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)
，帶(dai)增(zeng)程(cheng)器(qi)的(de)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)以(yi)蓄(xu)電(dian)池(chi)驅(qu)動(dong)為(wei)主(zhu)，更(geng)偏(pian)向(xiang)於(yu)純(chun)電(dian)動(dong)驅(qu)動(dong)
，因(yin)此(ci)也(ye)可(ke)視(shi)其(qi)為(wei)從(cong)混(hun)合(he)動(dong)力(li)驅(qu)動(dong)向(xiang)純(chun)電(dian)動(dong)驅(qu)動(dong)的(de)一(yi)種(zhong)過(guo)渡(du)方(fang)法(fa)。

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

congzengchengqizongchenganzhuangjiegoufangmianrushou，tongguojiangzengchengqixitongzongchengjiegougaiweikekuaisugenghuanjiegou，yongzengjiazengchengqizongchengxitonglaijiejuediandongqichezhongxushinenglibuzudewenti。

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) 。

其qi中zhong氫qing氣qi係xi統tong子zi模mo塊kuai和he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最zui後hou通tong過guo快kuai速su卡ka扣kou和he輔fu助zhu定ding位wei機ji構gou集ji成cheng到dao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支zhi架jia上shang

，從cong而er構gou成cheng整zheng個ge燃ran料liao電dian池chi增zeng程cheng器qi總zong成cheng(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

zhenggeqingqixitongdandubuzhi
，fangzaizengchengqizongchengdezuihou
，tongshi
，gaixitongkeyishixiankuaisugenghuan，dangqingqiyongwanshi，keyishixianjiaqing，huozhegenghuanqingqixitong。tongshigaimokuailiuyouyuranliaodianchixitongjiqikongzhixitongzimokuaidejiechajian，keyishixianguanluxitongdekuaisujiehuan 。

3.4. 2 燃料電池係統及其控製係統子模塊

ranliaodianchixitongjiqiguanlixitongzimokuaibaranliaodianchiheyuqipeihegongzuodexiangguanzibujianjichengzaiyiqi，keyishixianyigexiaodexitonggongneng，tongshizaichuxianwentishi，yekedanducongzengchengqizongchengzhongquchu
，jinxingweixiu。gaixitongliuyouyuqingqixitongzimokuaishumohedianyuanbianhuanxitongjiwenyaxitongzimokuaidekuaisujiechajianhekuaisujietou，keyishixiandianluheqiludekuaisulianjiehetongduan
，keyizaihenduandeshijianneijikebazhenggexitongzuzhuangwanbi(見圖5) 。

3.4.3 電源變換係統及穩壓係統子模塊

dianyuanbianhuanxitongjiwenyaxitongzimokuaibadadezhiliubianhuanqihexiaodezhiliubianhuanqihejidianqidengdianqiyuanjianjichengyiqi，zuoweiyigezhengtizimokuai，gaimokuaiyeliuyoukuaisujiechajian，tongshiyeliuyouyuzhengchelianjiedejiechajian

，keyibaranliaodianchifachudedianbianhuanchengcheliangkeyishiyongdedian。shixian3 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)。