陽逍

四川希望汽車技師學院 四川省資陽市 641300

社會的發(fā)展，交通運輸產(chǎn)業(yè)變革也更為深入，特別是汽車工業(yè)，基于人類出行的便利需要，每年汽車產(chǎn)量大幅增加，而后續(xù)也引發(fā)了能源和環(huán)境方面的思考擔憂。新能源汽車的開發(fā)提上議程，開發(fā)無污染，低噪音，節(jié)能減排的新能源汽車成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導方向?；诖?，汽車氫燃料電池的研發(fā)也更為深入。氫燃料電池的開發(fā)與汽車產(chǎn)業(yè)應用研究也具有現(xiàn)實必要性。而氫燃料電池汽車的開發(fā)與推廣需要做好關鍵技術的分析。

1 汽車氫燃料電池開發(fā)的戰(zhàn)略意義

氫燃料電池開發(fā)與汽車產(chǎn)業(yè)應用推廣具有十分重要的戰(zhàn)略意義。一方面我國對國際社會做出鄭重承諾，并簽署了《巴黎協(xié)定》，承諾將嚴格控制二氧化碳的排放，應對全球變暖的趨勢，做好環(huán)境保護工作。另一方面我們面臨著能源緊缺的時代挑戰(zhàn)。我國石油進口依賴度高達70%以上，過度消費化石燃料也導致嚴重的環(huán)境污染問題，霧霾嚴重，二氧化硫等引發(fā)的酸雨等，嚴重威脅人體健康。著眼于社會的發(fā)展，走可持續(xù)之路必須做好新能源的開發(fā)。而氫燃料電池的研究與開發(fā)使得人類進入能源發(fā)展的新時代，可以緩解能源緊缺的壓力，也兌現(xiàn)環(huán)境保護的承諾，因此汽車氫燃料電池的研發(fā)必須持續(xù)而深入?；诖耍覈?016年發(fā)布國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略綱要，倡導發(fā)展引領產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術，也明確提出開發(fā)氫能、燃料等新能源技術。氫能和燃料電池技術的創(chuàng)新研發(fā)成為重點科研項目，我國用實際行動證明我們在氫燃料電池研發(fā)方面的決心。

2 氫燃料電池汽車的關鍵技術

2.1 整車總體設計

氫燃料電池汽車采用新的動力系統(tǒng)和點回饋制動系統(tǒng)，必須基于氫燃料電池汽車混合動力特點，進行相應的整車設計調整?；谖磥砥囋O計方法和現(xiàn)有汽車設計方面是最常見的設計思路。而現(xiàn)有汽車設計方法更優(yōu)。關注燃料電池技術、動力系統(tǒng)總成匹配、整車控制和通訊等關鍵技術的開發(fā)，加強總體優(yōu)化部署。安全第一，繼承為主，確保一致，基于標準是整車總體設計的四大原則。具體來說，從整車設計目標的明確到整車參數(shù)的確定到車身設計，底盤三維參數(shù)的布置，再到干涉檢查，運動校核，人機工程學校核，整車性能計算，流程清晰，設計到位。

2.2 動力系統(tǒng)參數(shù)匹配

動力系統(tǒng)參數(shù)匹配也是氫燃料電池汽車研發(fā)的關鍵技術。具體來說涉及四個方面。其一是燃料電池的功率。氫燃料電池作為新能源汽車的主要動力來源，參數(shù)匹配時重點做好額定功率和最大功率參數(shù)的選擇，燃料電池最大連續(xù)輸出功率必須滿足汽車滿載，最高車速行駛功率、氫燃料電池消耗功率，附屬配置消耗功率總和。其二是超級電容的應用。超級電容主要是彌補氫燃料電池功率的不足?？梢暂o助車輛進行爬坡，加速，一般需要基于峰值功率和氫燃料連續(xù)功率差進行電容功率的設定。根據(jù)峰值功率持續(xù)時間確定輸出的能量。其三是電機參數(shù)的匹配。電機最大功率需要滿足最高車速加速爬坡時的功率要求。電機作為發(fā)電機時也必須達到滿足整車控制策略中超級電容充電功率需求。其四是傳動參數(shù)的設置。最大傳動比和最小傳動比設計時，必須綜合考慮到汽車爬坡，附著率及汽車最低穩(wěn)定車速等問題。最大傳動比的設定依據(jù)是汽車最大爬坡和最低穩(wěn)定車速。而傳動系最小的傳動比只要能滿足氫燃料電池最高車速要求即可。變速器和主減速器的傳動比設定。為了配合電機的轉速，確保其能獲得抵擋的爬坡能力，中檔的加速特性和高檔的最高車速功率，必須對應合適的減速器和主減速器傳動比。

2.3 氫燃料電池汽車電機的控制技術

氫燃料電池混合動力汽車最為關鍵的部位是驅動機。因此電機及電機控制技術的研究必不可少。就汽車發(fā)展來說，驅動機的發(fā)展趨勢是高轉速、大功率、高效率和小型化方向。當前的汽車驅動機主要有直流電機、感應電機、永磁同步電機及開發(fā)磁阻電機。其中直流電機其功率密度低，功率低，控制性好，可靠性一般，成熟性好，轉速在6000，技術成熟。而感應電機功率密度和功率都高于直流電機，控制性能略差，成熟性好，轉速可以最高達到15000，技術成熟。永磁同步電機其功率高，控制性好，成熟性好，電機成本較高，技術較為成熟，最高轉速是10000.而開關磁阻電機其功率密度，功率都高，控制性，可靠性，成熟性好，電機成本也低，但是技術應用并不成熟。

2.4 整車通信網(wǎng)絡技術

對于氫燃料電池汽車來說，其驅動系統(tǒng)與以往傳統(tǒng)汽車不同，采用了電力電子元器件，整車的控制系統(tǒng)更復雜，傳統(tǒng)布線方式也增加了電路的復雜度，后期維修較為困難，可以提升整車控制網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。因此整車通信網(wǎng)絡技術也是關鍵技術之一?；谡囃ㄐ诺牟町愋孕枨?，將其分解為基于CAN和LIN的兩種線路系統(tǒng)，加強車身網(wǎng)絡控制，無論是燃料電池還是整車控制器，還是超級電容及車身司機模塊都采用的雙向的收發(fā)式節(jié)點，做好信號的及時接收與處理，確保汽車運行的穩(wěn)定，功能正常發(fā)揮。

2.5 整車控制系統(tǒng)設計技術

整車控制系統(tǒng)設計技術直接關系到整車的運行，也影響汽車的可靠性，影響氫燃料電池的使用。整車控制系統(tǒng)也被認為是氫燃料電池汽車開發(fā)中的關鍵技術和環(huán)節(jié)。其涉及到CAN總線路控制技術和數(shù)據(jù)采集技術，通過對操作信號的獲取與分析，主要是加速踏板，制定踏板，車輛速度，各部件工作參數(shù)的分析，實現(xiàn)整車控制命令的發(fā)出與執(zhí)行，進行能量源的功率分配，也及時發(fā)現(xiàn)故障并處理故障。當前氫燃料電池汽車控制系統(tǒng)智能化發(fā)展的趨勢越來越明顯，無論是變結構控制還是模糊控制還是自適應控制等，都朝著智能化方向發(fā)展，應用于氫燃料電池汽車整體控制系統(tǒng)中。通過整車控制系統(tǒng)的優(yōu)化部署達到系統(tǒng)能量合理分配的目的，整車處于最佳的行駛狀態(tài)。當出現(xiàn)再生制動時，也能實現(xiàn)再生能量的調整。

3 氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的思考

氫燃料電池是傳統(tǒng)內燃機動力的替代性能源，就當前的市場形勢和時代發(fā)展看，其具有顯著的競爭優(yōu)勢，發(fā)展燃料電池技術是我國能源多元化的重要選項之一。

首先，無論是產(chǎn)業(yè)源頭制氫還是氫氣的運輸存儲及分銷等，都需要與科研緊密結合。而這也需要我們做出大量的努力。不同于傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)鏈條，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展是循序漸進的過程，必須基于國家層面加強氫氣的制取、運輸及分銷存儲等，我國必須規(guī)范氫氣的生產(chǎn)儲存及銷售，對標歐洲，制定全國氫氣站規(guī)劃線路方案是當務之急。

其次必須關注氫燃料電池汽車產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)，掌握核心與關鍵的技術。加強共性技術的研發(fā)，也實現(xiàn)創(chuàng)新主體的新培養(yǎng)。因為氫燃料電池汽車屬于新興事物，其必然面臨著一系列的挑戰(zhàn)，需要我們基于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際，在政府的主導下，加強與行業(yè)協(xié)會的關聯(lián)，多方協(xié)助，實現(xiàn)氫燃料電池汽車的持久穩(wěn)定研發(fā)。就氫燃料電池汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，氫燃料電池汽車的另一個影響就是移動發(fā)電機的研發(fā)推廣。將氫燃料電池汽車作為發(fā)電機，借助回輸電達到大電網(wǎng)波谷調節(jié)的目的。針對當前調研顯示的電動車有90%的時間處于非行駛狀態(tài)的實際，我們可以考慮將氫燃料電池汽車接入到智能電網(wǎng)中，將實現(xiàn)未來電網(wǎng)的質的飛躍。

結束語：時代的不斷發(fā)展，能源節(jié)約的呼聲越來越高，走綠色環(huán)保之路，堅持可持續(xù)發(fā)展也成為社會發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導方向。在這樣的時代大背景下，氫燃料電池汽車的研發(fā)與推廣具有現(xiàn)實必要性。也開啟了新能源汽車研發(fā)的大門，作為當今汽車技術發(fā)展的重要方向之一，氫燃料電池必須作為新能源汽車技術的重要構成。理應得到科技研發(fā)的關注。我國也加大對氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持，出臺了相關的政策，也加大經(jīng)濟和科技投入。但是對比發(fā)達國家，我國氫燃料電池汽車的研發(fā)還有很長的路要走，還需要我們加大這方面的人才培養(yǎng)，掌握核心關鍵的技術，實現(xiàn)我國氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎的奠定。