燃料电池电动汽车的结构与原理 --PPT分享

燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV），兴起于20世纪70年代末，以燃料电池作为动力源，通过氢氧反应产生电能驱动电动机来驱动车辆行驶。由于该车型的排放物为水，氢氧利用率较高，因此被普遍认为是一种新型、高效、清洁的环保车型。

按“多电源”配置分类，燃料电池电动汽车可以分为纯燃料电池驱动（PFC）、燃料电池与辅助蓄电池联合驱动（FC+B）、燃料电池与超级电容联合驱动（F+C）、燃料电池与辅助蓄电池和超级电容联合驱动（FC+B+C）。

PFC型燃料电池电动汽车

PFC型燃料电池电动汽车只有燃料电池一个动力源，汽车需要的所有功率都由燃料电池提供。PFC型燃料电池电动汽车动力系统结构如图所示。

这种系统结构简单，系统控制和整体布置容易；系统部件少，有利于整车的轻量化；整体的能量传递效率高，从而提高整车的燃油经济性。但燃料电池功率大、成本高；对燃料电池系统的动态性能和可靠性提出了很高的要求；不能进行制动能量回收。

这种结构的燃料电池电动汽车采用的是混合动力结构。它与传统意义上的混合动力结构的差别仅在于发动机是燃料电池而不是内燃机。在燃料电池混合动力结构的汽车中，燃料电池和辅助能量存储装置共同向驱动电机提供电能，通过减速机构来驱动汽车。

PFC型燃料电池电动汽车在工作的过程中，将燃料电池中的氢气和氧气反应产生的电能，通过DC/DC转换器转化传给驱动电机，驱动电机将电能转化成机械能再传给减速机构，从而驱动汽车行驶。

FC+B型燃料电池电动汽车

FC+B型燃料电池电动汽车与PFC型燃料电池电动汽车结构有些不同，该类型汽车是在PFC型燃料电池电动汽车的结构上增加辅助动力电池，来联合驱动燃料电池电动汽车动力系统。FC+B型燃料电池电动汽车的动力系统结构如图所示。

目前这种结构形式应用较为广泛，它解决了诸如辅助设备供电、水热管理系统供电、燃料电池堆加热、能量回收等问题。主要优点是系统对燃料电池的功率要求较纯，燃料电池结构形式有很大的降低，从而大大降低了整车成本；燃料电池可以在比较好的、设定的条件下工作，工作时燃料电池的效率较高；系统对燃料电池的动态响应性能要求较低；汽车的冷启动性能较好；可以回收汽车制动时的部分动能。但这种结构形式由于动力电池的使用使得整车质量增加，动力性和经济型受到影响，这一点在能量复合型混合动力电动汽车上表现更为明显；动力电池充放电过程会有能量损耗，系统变得更复杂，系统控制和整体布置难度增加。

F+C型燃料电池电动汽车

F+C型燃料电池电动汽车在加速形式的过程中，燃料电池和动力电池一起为电动机提供能量，驱动电机将电能转换成机械能再传递给减速机构，从而驱动汽车行驶；在正常行驶过程中，由燃料电池为整车提供能量；在制动过程中，驱动电机变成发电机，动力电池将储存制动回馈的能量。动力电池充放电响应较快，当能量需求变化较大时由动力电池迅速释放或吸收能量，对动力系统进行能量补偿和调节，从而保障汽车的动力性能。燃料电池与超级电容器联合驱动的燃料电池电动汽车动力系统结构如图所示。

但是，超级电容器的比能量低，能量存储有限，峰值功率持续时间短，同时这种混合动力系统结构复杂，对系统各部件之间的匹配控制要求高，这些成为制约燃料电池和超级电容器混合动力系统发展的关键因素。随着超级电容器技术的不断进步，这种结构将成为一种重要的发展方向。

F+C型燃料电池电动汽车在加速行驶过程中，燃料电池和超级电容联合为电动机供能，驱动电机将电能转换成机械能再传递给减速机构，从而驱动汽车行驶；在正常行驶过程中，主要由燃料电池提供电能；在制动过程中，驱动电机变成发电机，超级电容将存储制动回馈的能量。超级电容充放电响应较快，从而保障了汽车的动力性能。

FC+B+C型燃料电池电动汽车

FC+B+C型燃料电池电动汽车燃料电池与动力电池和超级电容器联合驱动车辆行驶。FC+B+C型燃料电池电动汽车主要组成如图所示。

这种结构与燃料电池+动力电池的结构相比优点更加明显，尤其是在部件效率、动态特性、制动能量回馈等方面。缺点也一样更加明显，增加了超级电容器，整个系统的重量可能增加；系统更加复杂化，系统控制和整体布置的难度也随之增大。

FC+B+C型燃料电池电动汽车在行驶过程中，燃料电池和超级电容一起为驱动电机提供能量，驱动电机将电能转换成机械能再传递给减速机构，从而驱动汽车行驶；在汽车制动时，驱动电机变成发电机，动力电池和超级电容存储回馈的能量。在燃料电池、动力电池和超级电容联合供电时，燃料电池能量输出较为平缓，随时间波动小，而能量需求变化的低频部分由动力电池分担，能量需求变化的高频由超级电容承担。在这种结构中，各动力源的分工更加明确，因此它们的优势得到更好的发挥。

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