燃料电池轿车总布置设计研究

1、引言
随着人类社会的工业化进展,能源大量消耗 及环境污染问题随之产生。尤其对于汽车工业来 说,节能与环保已经成为当今发展的主题。作为 新能源汽车中的一种,零排放的燃料电池汽车已 引起各大跨国公司的广泛关注。目前我国的燃料 电池汽车在整车集成方面与国外还存在着一定的 差距。

2、燃料电池动力系统构成特点

燃料电池汽车动力驱动系统采用燃料电池动 力系统,取消传统的内燃机及驱动系统。燃料电 池动力系统主要由动力系统(燃料电池堆、动力蓄 电池)、辅助系统(空气系统、氢气系统、水系统)、 控制系统构成。主要包含如驱动电机、电堆、动力 蓄电池、增湿器、空气压缩机、氢瓶、氢辅、空滤、控 制单元等关键零部件。图1为燃料电池动力系统 工作运行图。

3、某品牌燃料电池动力轿车动力系 统总布置问题分析

目前国内燃料电池动力系统其零部件产品

一致性、通用性、可靠性、集成度等方面与传统 轿车相比还存在着若干影响整车基本参数的问题。

3·1　国内外燃料电池汽车动力系统布置介绍

世界各国燃料电池动力系统发展的水平存 在着很大的差异。如通用公司的燃料电池动力 系统的集成度就较高。其在VOLT车上的应用 基本上可达到商业化运行程度。目前国内的燃 料电池动力系统集成度不高,系统零部件较分 散。因此其布置特点是分散式布置。表1 介绍 了国外品牌几种燃料电池轿车动力系统的布置 方式。

3·2　某品牌燃料电池轿车动力系统总布置设计

鉴于该动力系统的特点,某品牌燃料电池轿 车采用分散布置的方式,储氢系统布置在后备舱, 动力蓄电池布置在后座椅下方,辅助及驱动系统 布置在前舱及中央通道处。(见图2)

3.3　载荷分布计算

整车质量参数的计算可以根据原车整车的参 数及燃料电池动力系统总成的参数,减除燃料电 池车没有采用的主要总成或零部件。先计算各个 部分的参数,由动力系统总成质量坐标参数计算 所得,再利用力学原理进行质心、质量等的计算。 根据力矩平衡原理:

可计算得整备状态质心坐标为:X=1 304. 4; Y=13. 2;Z=473。

整车轴荷计算:由公式轴荷F=M×(X/L)得 表2。

3·4　整车参数的影响

为了满足轿车高速行驶及良好操稳的要求, 轿车的离地间隙很小,一般在120 mm左右。作为 燃料电池轿车其电堆布置在中央地板下方,即使 将中央地板上移或通过更改前后悬架支撑弹簧的 强度,使整车抬高,也会影响到整车的最小离地间 隙使整车的通过性受到很大的影响。

3·5　舒适性的影响

按照人机工程的经验坐姿各角度参考值如表 3所示。电堆布置在中央地板下方,由此产生地板 的上移占用了后排乘员的腿部空间,造成乘员腿 部弯角较小,长时间乘坐会很容易产生疲劳感。 可见针对燃料电池轿车的电堆的布置较理想的布 置空间应考虑布置在发动机舱。