燃料電池轎車總布置設(shè)計(jì)研究

1、引言
隨著人類社會(huì)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(duì)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(guó)公司的廣泛關(guān)注。目前我國(guó)的燃料 電池汽車在整車集成方面與國(guó)外還存在著一定的 差距。

2、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)

燃料電池汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用燃料電池動(dòng) 力系統(tǒng),取消傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。燃料電 池動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力系統(tǒng)(燃料電池堆、動(dòng)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(dòng)電機(jī)、電堆、動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng) 工作運(yùn)行圖。

3、某品牌燃料電池動(dòng)力轎車動(dòng)力系 統(tǒng)總布置問題分析

目前國(guó)內(nèi)燃料電池動(dòng)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(guó)內(nèi)外燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)布置介紹

世界各國(guó)燃料電池動(dòng)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(dòng)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(guó)內(nèi)的燃 料電池動(dòng)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(guó)外品牌幾種燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)的布置 方式。

3·2　某品牌燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)

鑒于該動(dòng)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(chǔ)氫系統(tǒng)布置在后備艙, 動(dòng)力蓄電池布置在后座椅下方,輔助及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 布置在前艙及中央通道處。(見圖2)

3.3　載荷分布計(jì)算

整車質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算可以根據(jù)原車整車的參 數(shù)及燃料電池動(dòng)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(jì)算各個(gè) 部分的參數(shù),由動(dòng)力系統(tǒng)總成質(zhì)量坐標(biāo)參數(shù)計(jì)算 所得,再利用力學(xué)原理進(jìn)行質(zhì)心、質(zhì)量等的計(jì)算。 根據(jù)力矩平衡原理:

可計(jì)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(jì)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(huì)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(zhǎng)時(shí)間乘坐會(huì)很容易產(chǎn)生疲勞感。 可見針對(duì)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(dòng)機(jī)艙。