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電動汽車燃料電池增程器的系統集成設計
更新時間:2019-1-14 15:57:12        【打印此頁】  【關閉

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系統的汽車。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種類型。由于目前蓄電池儲能有限,純電動汽車存在一次充電后續駛里程短的問題??悸遣捎迷詿康綞瞪霞幼耙桓鱸齔唐韉姆椒ɡ磁浜銑翟囟Φ緋卦誆煌た魷鹿ぷ?,增加純電動汽車的續駛里程。

增程器是為了增加純電動汽車行駛里程而加裝在純電動汽車上的一個附加儲能部件。通常用戶可以在出行時根據行駛里程需求自行選擇安裝或者不安裝( 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。而由于增程器的工作特點,通常對其性能有如下要求: 要求系統可靠,長時間待機后可以立刻進入工作狀態; 由于工況單一,要求對工作點進行較好的優化以降低系統成本,提高效率。

相比純電動汽車,帶增程器的電動汽車在行駛里程方面有很大的優勢,相比傳統油電混合動力汽車,帶增程器的電動汽車在排放方面優點十分突出,而相比新型電電混合動力汽車,帶增程器的電動汽車以蓄電池驅動為主,更偏向于純電動驅動,因此也可視其為從混合動力驅動向純電動驅動的一種過渡方法。

2 選擇增程器

通??裳≡竦腦齔唐骼嘈臀⌒頭⒌緇蛘呷劑系緋??;誥×勘苊饈褂萌加禿駝∈迪至閂歐諾某踔?,建議選用蓄電池或燃料電池作增程器。根據動力電池的充電電壓和車輛行駛里程的要求可以確定增程器的輸出電壓和儲電量。而根據增程器的輸出電壓和蓄電量來選擇目前市場上所銷售的現成產品,從而可以縮短開發周期,節約開發成本。本文介紹的為使用燃料電池作增程器的方案,主要介紹燃料電池增程器的集成設計方案。

實例分析假設開發一輛場館車,整車參數見表1。

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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 時小于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、今后量產選型及成本方面的要求,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??悸前踩凳裳≡竦緋夭問縵? 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。為實現零排放的初衷,同時為以后量產做準備,在此選擇小型燃料電池作為增程器,且該小型燃料電池為目前市場上現有較成熟的產品(見圖1) 。

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3 增程器的布置方式

3.1 燃料電池增程器系統集成設計技術背景

從增程器總成安裝結構方面入手,通過將增程器系統總成結構改為可快速更換結構,用增加增程器總成系統來解決電動汽車中續駛能力不足的問題。

3. 2 燃料電池增程器總成各機構及關鍵部件

工作原理: 整個增程器總成通過前端的錐形定位元件和后端的鎖緊定位銷以及卡扣與側面的輔助擋板實現快速定位。當增程器開始安裝時,底板的滑輪接觸導軌,推動到末端后,滑輪滑入滑槽,此時靠導軌來支撐,然后銷上定位鎖緊銷,扣上鎖緊卡扣,則完成增程器的機械安裝。當增程器進行演示時,可以把增程器拉出來后,用支撐腿把它支好,演示結束后,可以把支撐腿合上,放入支撐架。

3.3 增程器各子??椴賈?/span>

增程器子??櫚牟賈梅絞接卸嘀?,其中一些常用的布置方式包括就近法、最小空間法、??榛?。這幾種布置方式各有利弊。其中就近布置可以減少線束的長度,以及氫氣管路的長度等。但可能不好集中管理,感覺增程器沒有整體感和系統感。最小空間布置法可以最大范圍的壓縮包絡空間,使整個空間更加緊湊。但各零部件離的太近可能會產生熱輻射和電磁干擾等一些負面影響,導致整個系統可靠性下降,系統極不穩定,某子??槌魷治侍饈?,不容易找出相關的故障。??榛賈梅梢園迅髯幽?榘湊障喙氐墓δ芊殖扇舾贍??,這樣一來可以較好地管理相應的???,同時也可以減少一些熱輻射和電磁干擾等。當其中某個??槌魷治侍饈?,可以快速發現并且解決。

在這同時,也便于整體安裝,把相關的??樽鑫桓鱟艸?,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???,其中包括氫氣系統子???、燃料電池系統及其管理系統子???、電源系統及其管理系統子??? 部分(見圖2) 。

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其中氫氣系統子??楹腿劑系緋叵低臣捌淇刂葡低匙幽?樽詈笸ü燜倏酆透ㄖㄎ換辜傻降繚幢浠幌低臣拔妊瓜低匙幽?櫚鬧Ъ萇?,從而構成整個燃料電池增程器總成(見圖3) 。

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3.4 增程器各子??槭?/span>

3.4.1 氫氣系統子??槭?/span>

整個氫氣系統單獨布置,放在增程器總成的最后,同時,該系統可以實現快速更換,當氫氣用完時,可以實現加氫,或者更換氫氣系統。同時該??榱粲杏肴劑系緋叵低臣捌淇刂葡低匙幽?櫚慕硬寮?,可以實現管路系統的快速接換 。

3.4. 2 燃料電池系統及其控制系統子???/span>

燃料電池系統及其管理系統子??榘訝劑系緋睪陀肫澠浜瞎ぷ韉南喙刈硬考稍諞黃?,可以實現一個小的系統功能,同時在出現問題時,也可單獨從增程器總成中取出,進行維修。該系統留有與氫氣系統子??槭:偷繚幢浠幌低臣拔妊瓜低匙幽?櫚目燜俳硬寮涂燜俳油?,可以實現電路和氣路的快速連接和通斷,可以在很短的時間內即可把整個系統組裝完畢(見圖5) 。

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3.4.3 電源變換系統及穩壓系統子???/span>

電源變換系統及穩壓系統子??榘汛蟮鬧繃鞅浠黃骱托〉鬧繃鞅浠黃骱圖痰縉韉鵲縉髟梢黃?,作為一個整體子???,該??橐擦粲鋅燜俳硬寮?,同時也留有與整車連接的接插件,可以把燃料電池發出的電變換成車輛可以使用的電。實現3 個子??櫚奈薹熗雍涂燜倭?見圖6) 。

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3 個子??櫚淖楹獻槌閃巳劑系緋卦齔唐髯艸?,該總成可以實現快速更換,當行駛里程小于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,有利于電池的續駛里程。當行駛里程大于55 km 時,即可把燃料電池增程器安裝上。安裝時,由于是采用多種快速接頭及接插件,不需要太長的時間。

4 結語

文中介紹了增程器這個比較新穎的概念,并詳細說明帶增程器的純電動汽車中燃料電池增程器的系統集成方案,最后輔以實例,希望能在后期的電動汽車增加續駛里程以及增程器的布置集成方面起到拋磚引玉的作用,并能為以后電動汽車增程器的量產奠定一定的基礎。


 


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