豐田FCHV-4型燃料電池汽車的結(jié)構(gòu)特性分析張毅黑龍江工程學(xué)院豐田汽車公司開(kāi)發(fā)的FCHV-4型采用燃料電池和輔助電池作為混合動(dòng)力系統(tǒng)的能源，極大提高能源轉(zhuǎn)換效率，使汽車具有良好的性能相應(yīng)。燃料電池與牽引電機(jī)逆變器直接相連，與輔助電池和DC/DC器串聯(lián)。該燃料電池汽車的效率為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的3倍。

豐田；燃料電池；混合動(dòng)力Abstract隨著人們對(duì)環(huán)境要求的日益高漲，迫切需要開(kāi)發(fā)更清潔，能效更高的汽車。燃料電池是一種清潔高效的能量轉(zhuǎn)換裝置，本文分析豐田公司FCHV-4型燃料電池混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)特性。

1FCHV-4型燃料電池汽車概述1.1燃料電池系統(tǒng)安裝位置燃料電池組、功率控制單元和電機(jī)安裝在汽車前部，而四個(gè)高壓儲(chǔ)氫罐安裝在后部地板下面，輔助電池放在行李箱地板下面。

1.2燃料電池系統(tǒng)的主要部件1）燃料電池，采用聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFC），用氫作為燃料，最大功率2）輔助電池，與豐田Prius車的電池相同，具有很高的可靠性，為密封式鎳氫電池，容量是6.5Ah，冷卻方式為強(qiáng)制風(fēng)冷式。

3）DC/DC轉(zhuǎn)換器，由于采用三相斬波器，降低波動(dòng)電壓。為提高轉(zhuǎn)換率，感應(yīng)芯片采用鐵損低的多孔合金。最大輸出功率為20KW，載波頻率為三相10KHz，冷卻方式為水冷和風(fēng)冷式。

4）空氣壓縮機(jī)，采用渦旋式壓縮機(jī)，最大流量為3500NL/6000轉(zhuǎn)/分。用永磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具有較大傳動(dòng)比。

5）功率控制單元（PCU），高壓部件和控制器裝配在一起，從而簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。逆變器最大電流為44Arms.轉(zhuǎn)換方式為PWM.冷卻方式為水冷式。

6）電機(jī)，采用永磁電機(jī)，最大功率為80KW，冷卻方式為水冷式。

2燃料電池系統(tǒng)原理燃料電池系統(tǒng)組成逆變1/電機(jī)燃料電池系統(tǒng)的功能是提高燃料利用率和動(dòng)力轉(zhuǎn)換響應(yīng)率。電源是混合式結(jié)構(gòu)，由燃料電池和輔助電池組成。根據(jù)汽車的工作狀態(tài)，精確地控制燃料電池輸出功率和輔助電池的充放電。鎳氫電池具有良好的儲(chǔ)能性能，單獨(dú)使用時(shí)，汽車成為純電動(dòng)車（PEV），因此能夠降低汽車輕負(fù)荷的燃油消耗。

燃料電池和輔助電池的功率比，功率比在40：6080：120之間時(shí)燃料效率最高。因此燃料電池輸出功率設(shè)定為90KW，輔助電池的輸出功率設(shè)定為21KW，燃料電池也用于為空調(diào)等附件提供輔助動(dòng)力。

燃料電池與牽引逆變器/電機(jī)的連接方式為串聯(lián)，以便在汽車運(yùn)行的大部分時(shí)間具有較高效率，輔助電池的功率比較低與燃料電池串聯(lián)通過(guò)DC/DC逆變器互聯(lián)，用做燃料電池響應(yīng)遲緩或汽車滿負(fù)荷時(shí)提供輔助動(dòng)力。輔助電池也吸收制動(dòng)再生能量和在小負(fù)荷時(shí)用做純電動(dòng)車的動(dòng)力源。

通過(guò)控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來(lái)調(diào)節(jié)燃料電池和輔助電池之間能量轉(zhuǎn)換。

3燃料電池系統(tǒng)的組成燃料電池系統(tǒng)的組成如所示，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)按功能可分為兩部分：燃料電池系統(tǒng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)是使汽車行駛的動(dòng)力源，混合動(dòng)力系統(tǒng)高效地運(yùn)用燃料電池系統(tǒng)的輸出動(dòng)力。

燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池組、燃料供給系統(tǒng)部件和冷卻系統(tǒng)部件。

氫氣經(jīng)調(diào)節(jié)器從高壓罐供到燃料電池組，氫氣的最大壓力為25MPa.為提高燃料電池的性能，燃料電池反應(yīng)后剩余的過(guò)多氫氣由循環(huán)泵送到燃料電池供給一側(cè)。空氣由壓縮機(jī)加壓，隨后經(jīng)加濕器供到電池組。加濕器將從電池組排出的空氣中水蒸氣吸出，然后加濕進(jìn)入的壓縮空氣。加濕泵也循環(huán)電池組與散熱器之間的冷卻水。

混合動(dòng)力系統(tǒng)混合動(dòng)力系統(tǒng)包括燃料電池系統(tǒng)、輔助電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器和牽引逆變器/電機(jī)。

汽車的基本驅(qū)動(dòng)力來(lái)自燃料電池，但當(dāng)燃料電池的輸出動(dòng)力不充分時(shí)，如超車和滿負(fù)荷時(shí)，輔助電池提供額外動(dòng)力。在低功率區(qū)，燃料電池系統(tǒng)效率低。因此在低功率區(qū)燃料電池和附屬設(shè)備（如空氣壓縮機(jī)）停止工作，汽車只靠輔助電池行駕駛或?yàn)榧冸妱?dòng)汽車。

3.3燃料電池汽車動(dòng)力傳動(dòng)過(guò)程燃料電池不工作，汽車依靠輔助電池運(yùn)轉(zhuǎn)。

汽車依靠輔助電池運(yùn)轉(zhuǎn)。

大功率和加速方式輔助電池和燃料電池同時(shí)發(fā)揮作用。

若燃料電池的能量不充足，輔助電池提供輔助動(dòng)力。

燃料電池停止輸出動(dòng)力，再生能量送至輔助電池。

在上述各行駛方式下，若輔助電池的電量過(guò)低，將由燃料電池提供電力。

3.4混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制混合動(dòng)力系統(tǒng)分為三部分：電動(dòng)汽車控制單元，混合動(dòng)力控制單元和燃料電池控制單元。在電動(dòng)汽車控制單元，所需要的動(dòng)力大小由油門(mén)傳動(dòng)器等決定并且隨后將此信息送到混合控制單元。從混合控制單元得到電機(jī)功率余量信息，并且在一定范圍驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在混合動(dòng)力控制單元，計(jì)算那一時(shí)刻可供利用的燃料電池最大功率和輔助電池的最大功率。這是總的電機(jī)功率容量。混合單元將目標(biāo)電流送到燃料電池控制單元。根據(jù)電機(jī)的需求和燃料電池的特性確燃料電池低功率模式燃料電池中等功率模式定目標(biāo)電流。同時(shí)，燃料電池的工作點(diǎn)由DC/DC轉(zhuǎn)換器控制。燃料電池的輔助系統(tǒng)由燃料電池控制單元根據(jù)燃料電池目標(biāo)電流控制。

4性能評(píng)價(jià)汽車起步到停止期間燃料電池和輔助電池的功率分配情況。在起步時(shí)，燃料電池不起作用，汽車依靠輔助電池提供能量。當(dāng)系統(tǒng)需要更大功率時(shí)，輸出的動(dòng)力立即轉(zhuǎn)換到燃料電池。穩(wěn)定行使后快速加速時(shí)輔助電池的動(dòng)力開(kāi)始輔助燃料電池動(dòng)力。若駕駛員踩動(dòng)制動(dòng)器，燃料電池動(dòng)力輸出快速下降并且切斷，再生的制動(dòng)能量開(kāi)始向輔助電池再充電。燃料電池汽車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。與普通內(nèi)燃機(jī)相比，燃料電池經(jīng)濟(jì)性提高3倍，而燃料電池與普通內(nèi)燃機(jī)汽車的加速性能相類似。

5結(jié)論FCHV-4采用并聯(lián)式燃料電池和輔助電池連接方式，能夠根據(jù)汽車運(yùn)行狀態(tài)切換動(dòng)力方式，實(shí)現(xiàn)最佳控制，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。FCHV-4保持與內(nèi)燃機(jī)汽車相同的動(dòng)力性能，而能量效率提高約3倍。

上接第99頁(yè)（5）數(shù)字城市平臺(tái)數(shù)據(jù)采集（6）其他二、數(shù)字撫順之處女航011年5月X日，在撫順市南部實(shí)施了無(wú)人機(jī)首次飛行。

數(shù)字撫順平臺(tái)數(shù)據(jù)采集規(guī)劃空白區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)處理檢查及提交三、結(jié)束語(yǔ)無(wú)人機(jī)在我市的應(yīng)用，填補(bǔ)了我市無(wú)人機(jī)測(cè)繪方式的空白，充實(shí)了我市基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)采集的方式，大大加強(qiáng)了數(shù)據(jù)更新能力，各種數(shù)據(jù)監(jiān)管機(jī)制，將為我市動(dòng)態(tài)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、違法土地利用的監(jiān)管提供快速反應(yīng)。