燃料电池电动汽车的结构形式

燃料电池电动汽车的结构形式按照不同的分类方法有多种。下图是燃料电池电动汽车的结构形式分类框图。

按照燃料电池系统氢燃料的来源不同，FCEV可分为两种：以纯氢气为燃料的FCEV；经过重整产生氢为燃料的FCEV。

按照驱动形式，FCEV又可分为两种：纯燃料电池驱动(PFC)的FCEV；混合驱动的FCEV。

 

燃料电池电动汽车的结构形式

混合驱动的FCEV按辅助动力源又分为以下三种：燃料电池与辅助蓄电池混合驱动(FC+B)的FCEV；燃料电池与超级电容混合驱动(FC+C)的FCEV；燃料电池与辅助蓄电池和超级电容混合驱动(FC+B+C)的FCEV。

混合驱动的FCEV按燃料电池所提供的功率占整车总需求功率的比例又分为以下两种：能量混合型；功率混合型。

由于燃料电池电动汽车的研制还远未达到成熟期，各种技术竞相试用并各有优缺点。下面就燃料电池电动汽车的各种结构形式特点做简要介绍。

(1)纯燃料电池驱动的FCEV

纯燃料电池汽车只有燃料电池一个动力源，汽车的所有功率负荷都由燃料电池承担。燃料电池系统将氢气与氧气反应产生的电能通过总线传给驱动电动机，驱动电动机将电能转化为机械能再传给传动系，从而驱动汽车前进。

下图是纯燃料电池电动汽车的动力系统简图。这种纯燃料电池驱动(PFC)的燃料电池电动汽车具有如下优点。

①系统结构简单，便于实现系统控制和整体布置。

②系统部件少，有利于整车的轻量化。

③较少的部件使得整体的能量传递效率高，从而提高整车的燃料经济性。

 

纯燃料电池驱动的FCEV的动力系统简图

其主要缺点如下。

①燃料电池功率大，成本昂贵。  

②对燃料电池系统的动态性能和可靠性要求很高。  

③不能进行制动能量回收。 

基于纯燃料电池汽车上述这些不利因素，现在已较多地采用了混合驱动这种结构形式。既以燃料电池系统作为主动力源，又增加了蓄电池组或超级电容或蓄电池组加超级电容作为辅助动力源，和燃料电池联合工作，组成混合驱动系统共同驱动汽车。

从本质上来讲，这种结构的燃料电池电动汽车采用的是类似混合动力结构。它与传统意义上的混合动力结构的不同仅在于动力源是燃料电池而不是内燃机。在燃料电池混合驱动结构汽车中，燃料电池和辅助能量存储装置共同向电动机提供电能，通过变速机构来驱动汽车行驶。

(2)能量混合型FCEV

能量混合型的FCEV特点是燃料电池所提供的功率占整车总需求功率的比例较小。燃料电池只能提供一部分车辆行驶需求功率，不足部分还需其他动力源如蓄电池或超级电容提供。

这种混合结构形式的优点是燃料电池可常在系统效率较高的额定功率区域内工作；缺点是需配备较大容量的蓄电池，故整车自量增加，动力性变差，整车布置空间紧张。每次运行结束后，除要加注氢燃料外，还需用地面电源为电池充电。

(3)功率混合型FCEV

功率混合型的FCEV特点是燃料电池所提供的功率占整车总需求功率的比例较大。燃料电池为主动力源，蓄电池或超级电容为辅助动力源。车辆行驶需求功率主要由燃料电池提供，蓄电池只是在燃料电池启动、车辆爬坡和加速时提供功率，在车辆制动时回收再生制动能量。

这种混合结构形式的优点是可减小蓄电池容量，利于减轻车重，提高车辆动力性；缺点是需配备较大功率的燃料电池，故整车成本较高。燃料电池工作随车辆工况波动较大。