燃料電池轎車總布置設(shè)計研究

1、引言
隨著人類社會的工業(yè)化進(jìn)展,能源大量消耗 及環(huán)境污染問題隨之產(chǎn)生。尤其對于汽車工業(yè)來 說,節(jié)能與環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)今發(fā)展的主題。作為 新能源汽車中的一種,零排放的燃料電池汽車已 引起各大跨國公司的廣泛關(guān)注。目前我國的燃料 電池汽車在整車集成方面與國外還存在著一定的 差距。

2、燃料電池動力系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)

燃料電池汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)采用燃料電池動 力系統(tǒng),取消傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)。燃料電 池動力系統(tǒng)主要由動力系統(tǒng)(燃料電池堆、動力蓄 電池)、輔助系統(tǒng)(空氣系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、水系統(tǒng))、 控制系統(tǒng)構(gòu)成。主要包含如驅(qū)動電機(jī)、電堆、動力 蓄電池、增濕器、空氣壓縮機(jī)、氫瓶、氫輔、空濾、控 制單元等關(guān)鍵零部件。圖1為燃料電池動力系統(tǒng) 工作運(yùn)行圖。

3、某品牌燃料電池動力轎車動力系 統(tǒng)總布置問題分析

目前國內(nèi)燃料電池動力系統(tǒng)其零部件產(chǎn)品

一致性、通用性、可靠性、集成度等方面與傳統(tǒng) 轎車相比還存在著若干影響整車基本參數(shù)的問題。

3·1　國內(nèi)外燃料電池汽車動力系統(tǒng)布置介紹

世界各國燃料電池動力系統(tǒng)發(fā)展的水平存 在著很大的差異。如通用公司的燃料電池動力 系統(tǒng)的集成度就較高。其在VOLT車上的應(yīng)用 基本上可達(dá)到商業(yè)化運(yùn)行程度。目前國內(nèi)的燃 料電池動力系統(tǒng)集成度不高,系統(tǒng)零部件較分 散。因此其布置特點(diǎn)是分散式布置。表1 介紹 了國外品牌幾種燃料電池轎車動力系統(tǒng)的布置 方式。

3·2　某品牌燃料電池轎車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計

鑒于該動力系統(tǒng)的特點(diǎn),某品牌燃料電池轎 車采用分散布置的方式,儲氫系統(tǒng)布置在后備艙, 動力蓄電池布置在后座椅下方,輔助及驅(qū)動系統(tǒng) 布置在前艙及中央通道處。(見圖2)

3.3　載荷分布計算

整車質(zhì)量參數(shù)的計算可以根據(jù)原車整車的參 數(shù)及燃料電池動力系統(tǒng)總成的參數(shù),減除燃料電 池車沒有采用的主要總成或零部件。先計算各個 部分的參數(shù),由動力系統(tǒng)總成質(zhì)量坐標(biāo)參數(shù)計算 所得,再利用力學(xué)原理進(jìn)行質(zhì)心、質(zhì)量等的計算。 根據(jù)力矩平衡原理:

可計算得整備狀態(tài)質(zhì)心坐標(biāo)為:X=1 304. 4; Y=13. 2;Z=473。

整車軸荷計算:由公式軸荷F=M×(X/L)得 表2。

3·4　整車參數(shù)的影響

為了滿足轎車高速行駛及良好操穩(wěn)的要求, 轎車的離地間隙很小,一般在120 mm左右。作為 燃料電池轎車其電堆布置在中央地板下方,即使 將中央地板上移或通過更改前后懸架支撐彈簧的 強(qiáng)度,使整車抬高,也會影響到整車的最小離地間 隙使整車的通過性受到很大的影響。

3·5　舒適性的影響

按照人機(jī)工程的經(jīng)驗(yàn)坐姿各角度參考值如表 3所示。電堆布置在中央地板下方,由此產(chǎn)生地板 的上移占用了后排乘員的腿部空間,造成乘員腿 部彎角較小,長時間乘坐會很容易產(chǎn)生疲勞感。 可見針對燃料電池轎車的電堆的布置較理想的布 置空間應(yīng)考慮布置在發(fā)動機(jī)艙。