氫燃料電池汽車的結構設計和測試

本文進行了氫燃料電池汽車的設計、制造和測試。所設計的車輛結構應與國際競賽設定的標準一致，該競賽旨在激勵高中和大學的學生制造并檢測節(jié)能型汽車，車輛需要結構緊湊、質量輕且效率高，而且能夠容納燃料電池、駕駛員和儲存氫的壓縮氣體罐。受比賽規(guī)則和現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)的影響，車輛設計的重點是省油。車輛的結構設計過程是實現(xiàn)車輛結構剛度性能和輕量化的迭代過程。采用電腦三維軟件Solidworks構建和評估車輛的三維結構模型。而采用三輪式結構設計不需要差速機構，可減輕車質量。使用最大輸出功率為1.2kW的聚合物交換膜（PEM）燃料電池系統(tǒng)為車輛提供能量。焊接鋁合金方管組件可實現(xiàn)設計車輛的結構框架，如圖1所示。選擇阿克曼轉向系統(tǒng)能夠消除低速車輪的摩擦，進而降低車輛的旋轉阻力。前輪安裝鼓式制動器，后輪采用標準的自行車制動方式。采用電動輪轂電機和控制器驅動所設計車輛的后輪。車輛最終是一個具有鋁合金框架、阿克曼轉向系統(tǒng)和玻璃鋼車身的結構。在實驗室進行試驗確定車輛性能，繪制車輛燃料消耗、扭矩和效率性能曲線。利用燃料電池制造商所提供的軟件和硬件，測量氫氣的流量和燃料電池的輸出功率。在保持載荷不變的情況下，利用自行車測力計獲得車輛的輸出轉矩，用轉速表測量車輪的轉速。設計的車輛能夠符合國際競賽要求。駕駛員駕駛新設計的燃料電池汽車進行試驗（圖2），可以獲得車輛行駛9.68km時，其平均車速為27.4km/h，燃油效率為57km/kW·h。

圖1　車輛最終的結構設計框架

圖2　有駕駛員的燃料電池汽車

EricVerhasseltetal. ProceedingsoftheASME 201412thInternational ConferenceonFuelCell Science，Engineeringand Technology，2014.

編譯：趙喚