燃料電池轎車總布置設(shè)計研究

對于儲氫系統(tǒng),目前世界上通用的是采用氫 瓶儲存方式。各大公司的燃料電池汽車普遍采用 布置于后備艙的方式,考慮到氫瓶安全問題,儲氫 裝置必須與乘客艙隔離。該品牌燃料電池轎車平 臺車的行李艙空間為432 L,而布置氫瓶后只能放 置3個標(biāo)準(zhǔn)手提箱,有效空間縮小為165. 5 L,而 消費者一般對行李艙還是有一定要求的,因此儲 氫系統(tǒng)的布置也是將來需要解決的問題。

3·7　散熱性能的影響

該燃料電池轎車的散熱問題也直接影響著電 堆系統(tǒng)性能。因此其對前端散熱模塊的風(fēng)扇性能 及散熱器的尺寸空間有著較大的要求。針對其緊 湊的前艙空間布置,必須考慮好散熱性能的要求。 布置中一般可通過兩種方式來提高散熱性能:一 是增加進(jìn)風(fēng)面積,即擴大前保險杠進(jìn)風(fēng)口的面積; 二是合理布置前艙中的其他部件以保證散熱器后 方留有足夠的空間及氣流通道以增加散熱能力。

3·8　整車安全的影響

整車安全分為主動安全與被動安全。其中碰 撞安全是衡量被動安全的一項重要指標(biāo)。對燃料 電池汽車而言,由于儲氫裝置布置在后艙,在所有的 碰撞試驗中, 后部碰撞必須檢查后艙變形及儲氫系 統(tǒng)是否完好。圖3、4分別為碰撞前后的對比圖片。 表4列出了碰撞氫瓶在3個方向的位移量。從分析 結(jié)果可見碰撞中氫瓶受到擠壓,而且氫瓶的位移較 大,由此將導(dǎo)致氫瓶破損及氫瓶硬管路接頭受到破 壞,給整車安全帶來嚴(yán)重的安全隱患。

4、燃料電池轎車整車平臺發(fā)展方向的建議

綜上所述,燃料電池動力系統(tǒng)若要很好地在 整車上進(jìn)行應(yīng)用,至少在以下幾個方面進(jìn)行適應(yīng) 性開發(fā),以推動燃料電池轎車產(chǎn)品化的進(jìn)程。

4.1　車身架構(gòu)的適應(yīng)性開發(fā)
車身系統(tǒng)由現(xiàn)在轎車普遍采用的承載式車身 更改為半承載式的車身或者適當(dāng)增加中央通道的 寬度。半承載式車身在燃料電池轎車的總布置中 具有更加靈活的優(yōu)勢。首先,采用半承載式的車 身平臺,可以有效解決高壓電線的安全走向空間 問題;其次,可以有效利用高度空間,在電池或氫 瓶技術(shù)有所突破的情況下,可以將動力蓄電池或 者氫瓶進(jìn)行前移,在不犧牲離地間隙的情況下得 以解放后備艙的空間及提高碰撞的安全性。

4.2　底盤系統(tǒng)的適應(yīng)性開發(fā)

影響燃料電池轎車整車水平提高很重要的因 素是該動力系統(tǒng)的集成度低。燃料電池堆布置在 前艙是燃料電池轎車發(fā)展的必然方向。目前某品 牌插電式燃料電池轎車已經(jīng)初步實現(xiàn)燃料電池堆 及其控制單元集成設(shè)計,布置在前艙中。由于前懸 尺寸并未調(diào)整,所以前艙布置還是非常緊湊的。在 前艙空間不減少的情況下, 將前懸架的長度適當(dāng)增 加,以利于驅(qū)動電機及減速器高度降低和增加燃料 電池堆的有效空間。前艙質(zhì)心的降低有利于碰撞 的安全性。其次轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可采用 EPS電動轉(zhuǎn)向,較 現(xiàn)在使用的EHPS電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將大大節(jié)省前艙的 空間,降低總布置的難度。從長遠(yuǎn)來看,在底盤技術(shù) 上配合承載式底盤的線傳動操控系統(tǒng)一旦可以實 現(xiàn)應(yīng)用,將大大增加整車可用空間,高度集成的燃料 電池系統(tǒng)將可布置在底盤框架中,燃料電池轎車的 整車設(shè)計水平將有一個很大的提升。

4.3　燃料電池發(fā)動機系統(tǒng)集成化設(shè)計

其中主要是要解決電堆目前偏平化的設(shè)計, 進(jìn)行集成設(shè)計,將其控制系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行集 成,采用框架設(shè)計結(jié)構(gòu), 將動力系統(tǒng)主要部件,如 冷卻水泵、風(fēng)機、控制單元等進(jìn)行前艙集中布置。 采用此方案可以解決乘員乘坐舒適性以及實現(xiàn)合 理分配前艙流場,這將在很大程度上改善燃料電 池轎車散熱能力。

4.4　儲氫系統(tǒng)的布置解決方式

首先在目前國內(nèi)儲氫瓶的規(guī)格狀態(tài)下,改變 現(xiàn)有的氫瓶布置方式,將儲氫系統(tǒng)包括管路進(jìn)行 集成模塊化設(shè)計,裝配采用模塊化裝配。對儲氫 系統(tǒng)模塊的碰撞安全進(jìn)行整體整體考慮,后端增 加防撞梁,氫瓶的安裝改變原來的方鋼矩形框架, 采用H型的高強度托臂梁。仿真結(jié)果顯示,此種 方式后部碰撞非常理想,氫瓶及管路系統(tǒng)沒有受 到破壞。其次,當(dāng)氫瓶規(guī)格可以按照客戶要求進(jìn) 行設(shè)計生產(chǎn)時,結(jié)合滑板式底盤平臺,氫瓶將可能 實現(xiàn)前移,有效解決后碰撞的安全保護(hù)及行李艙 空間問題。

5、結(jié)語

本文結(jié)合某品牌燃料電池轎車總布置設(shè)計中 的幾個重要參數(shù),分析了燃料電池轎車總布置設(shè) 計中存在的若干問題,提出了燃料電池轎車開發(fā) 中總布置設(shè)計中的一些開發(fā)方向及措施,對后續(xù) 燃料電池轎車總布置設(shè)計的改進(jìn)及提升整車性能 指標(biāo)具有一定的參考作用。

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