分析丰田FCHV-4型燃料电池汽车的结构特性

丰田FCHV-4型燃料电池汽车的结构特性分析张毅黑龙江工程学院丰田汽车公司开发的FCHV-4型采用燃料电池和辅助电池作为混合动力系统的能源，极大提高能源转换效率，使汽车具有良好的性能相应。燃料电池与牵引电机逆变器直接相连，与辅助电池和DC/DC器串联。该燃料电池汽车的效率为传统内燃机汽车的3倍。

丰田；燃料电池；混合动力Abstract随着人们对环境要求的日益高涨，迫切需要开发更清洁，能效更高的汽车。燃料电池是一种清洁高效的能量转换装置，本文分析丰田公司FCHV-4型燃料电池混合动力汽车的结构特性。

1FCHV-4型燃料电池汽车概述1.1燃料电池系统安装位置燃料电池组、功率控制单元和电机安装在汽车前部，而四个高压储氢罐安装在后部地板下面，辅助电池放在行李箱地板下面。

1.2燃料电池系统的主要部件1）燃料电池，采用聚合物电解质燃料电池（PEFC），用氢作为燃料，最大功率2）辅助电池，与丰田Prius车的电池相同，具有很高的可靠性，为密封式镍氢电池，容量是6.5Ah，冷却方式为强制风冷式。

3）DC/DC转换器，由于采用三相斩波器，降低波动电压。为提高转换率，感应芯片采用铁损低的多孔合金。最大输出功率为20KW，载波频率为三相10KHz，冷却方式为水冷和风冷式。

4）空气压缩机，采用涡旋式压缩机，最大流量为3500NL/6000转/分。用永磁电机作为驱动电机，具有较大传动比。

5）功率控制单元（PCU），高压部件和控制器装配在一起，从而简化冷却系统和控制系统。逆变器最大电流为44Arms.转换方式为PWM.冷却方式为水冷式。

6）电机，采用永磁电机，最大功率为80KW，冷却方式为水冷式。

2燃料电池系统原理燃料电池系统组成逆变1/电机燃料电池系统的功能是提高燃料利用率和动力转换响应率。电源是混合式结构，由燃料电池和辅助电池组成。根据汽车的工作状态，精确地控制燃料电池输出功率和辅助电池的充放电。镍氢电池具有良好的储能性能，单独使用时，汽车成为纯电动车（PEV），因此能够降低汽车轻负荷的燃油消耗。

燃料电池和辅助电池的功率比，功率比在40：6080：120之间时燃料效率最高。因此燃料电池输出功率设定为90KW，辅助电池的输出功率设定为21KW，燃料电池也用于为空调等附件提供辅助动力。

燃料电池与牵引逆变器/电机的连接方式为串联，以便在汽车运行的大部分时间具有较高效率，辅助电池的功率比较低与燃料电池串联通过DC/DC逆变器互联，用做燃料电池响应迟缓或汽车满负荷时提供辅助动力。辅助电池也吸收制动再生能量和在小负荷时用做纯电动车的动力源。

通过控制DC/DC转换器的输出电压来调节燃料电池和辅助电池之间能量转换。

3燃料电池系统的组成燃料电池系统的组成如所示，燃料电池动力系统按功能可分为两部分：燃料电池系统和混合动力系统。燃料电池系统是使汽车行驶的动力源，混合动力系统高效地运用燃料电池系统的输出动力。

燃料电池系统包括燃料电池组、燃料供给系统部件和冷却系统部件。

氢气经调节器从高压罐供到燃料电池组，氢气的最大压力为25MPa.为提高燃料电池的性能，燃料电池反应后剩余的过多氢气由循环泵送到燃料电池供给一侧。空气由压缩机加压，随后经加湿器供到电池组。加湿器将从电池组排出的空气中水蒸气吸出，然后加湿进入的压缩空气。加湿泵也循环电池组与散热器之间的冷却水。

混合动力系统混合动力系统包括燃料电池系统、辅助电池、DC/DC转换器和牵引逆变器/电机。

汽车的基本驱动力来自燃料电池，但当燃料电池的输出动力不充分时，如超车和满负荷时，辅助电池提供额外动力。在低功率区，燃料电池系统效率低。因此在低功率区燃料电池和附属设备（如空气压缩机）停止工作，汽车只靠辅助电池行驾驶或为纯电动汽车。

3.3燃料电池汽车动力传动过程燃料电池不工作，汽车依靠辅助电池运转。

汽车依靠辅助电池运转。

大功率和加速方式辅助电池和燃料电池同时发挥作用。

若燃料电池的能量不充足，辅助电池提供辅助动力。

燃料电池停止输出动力，再生能量送至辅助电池。

在上述各行驶方式下，若辅助电池的电量过低，将由燃料电池提供电力。

3.4混合动力系统的控制混合动力系统分为三部分：电动汽车控制单元，混合动力控制单元和燃料电池控制单元。在电动汽车控制单元，所需要的动力大小由油门传动器等决定并且随后将此信息送到混合控制单元。从混合控制单元得到电机功率余量信息，并且在一定范围驱动电机。在混合动力控制单元，计算那一时刻可供利用的燃料电池最大功率和辅助电池的最大功率。这是总的电机功率容量。混合单元将目标电流送到燃料电池控制单元。根据电机的需求和燃料电池的特性确燃料电池低功率模式燃料电池中等功率模式定目标电流。同时，燃料电池的工作点由DC/DC转换器控制。燃料电池的辅助系统由燃料电池控制单元根据燃料电池目标电流控制。

4性能评价汽车起步到停止期间燃料电池和辅助电池的功率分配情况。在起步时，燃料电池不起作用，汽车依靠辅助电池提供能量。当系统需要更大功率时，输出的动力立即转换到燃料电池。稳定行使后快速加速时辅助电池的动力开始辅助燃料电池动力。若驾驶员踩动制动器，燃料电池动力输出快速下降并且切断，再生的制动能量开始向辅助电池再充电。燃料电池汽车的经济性和动力性。与普通内燃机相比，燃料电池经济性提高3倍，而燃料电池与普通内燃机汽车的加速性能相类似。

5结论FCHV-4采用并联式燃料电池和辅助电池连接方式，能够根据汽车运行状态切换动力方式，实现最佳控制，提高燃油经济性和好的动态响应。FCHV-4保持与内燃机汽车相同的动力性能，而能量效率提高约3倍。

上接第99页（5）数字城市平台数据采集（6）其他二、数字抚顺之处女航011年5月X日，在抚顺市南部实施了无人机首次飞行。

数字抚顺平台数据采集规划空白区基础数据提供数据处理检查及提交三、结束语无人机在我市的应用，填补了我市无人机测绘方式的空白，充实了我市基础测绘数据采集的方式，大大加强了数据更新能力，各种数据监管机制，将为我市动态地质灾害监测、违法土地利用的监管提供快速反应。