燃料電池轎車(chē)總布置設(shè)計(jì)研究

對(duì)于儲(chǔ)氫系統(tǒng),目前世界上通用的是采用氫 瓶?jī)?chǔ)存方式。各大公司的燃料電池汽車(chē)普遍采用 布置于后備艙的方式,考慮到氫瓶安全問(wèn)題,儲(chǔ)氫 裝置必須與乘客艙隔離。該品牌燃料電池轎車(chē)平 臺(tái)車(chē)的行李艙空間為432 L,而布置氫瓶后只能放 置3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)手提箱,有效空間縮小為165. 5 L,而 消費(fèi)者一般對(duì)行李艙還是有一定要求的,因此儲(chǔ) 氫系統(tǒng)的布置也是將來(lái)需要解決的問(wèn)題。

3·7　散熱性能的影響

該燃料電池轎車(chē)的散熱問(wèn)題也直接影響著電 堆系統(tǒng)性能。因此其對(duì)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(duì)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(guò)兩種方式來(lái)提高散熱性能:一 是增加進(jìn)風(fēng)面積,即擴(kuò)大前保險(xiǎn)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(chē)安全的影響

整車(chē)安全分為主動(dòng)安全與被動(dòng)安全。其中碰 撞安全是衡量被動(dòng)安全的一項(xiàng)重要指標(biāo)。對(duì)燃料 電池汽車(chē)而言,由于儲(chǔ)氫裝置布置在后艙,在所有的 碰撞試驗(yàn)中, 后部碰撞必須檢查后艙變形及儲(chǔ)氫系 統(tǒng)是否完好。圖3、4分別為碰撞前后的對(duì)比圖片。 表4列出了碰撞氫瓶在3個(gè)方向的位移量。從分析 結(jié)果可見(jiàn)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(chē)安全帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

4、燃料電池轎車(chē)整車(chē)平臺(tái)發(fā)展方向的建議

綜上所述,燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)若要很好地在 整車(chē)上進(jìn)行應(yīng)用,至少在以下幾個(gè)方面進(jìn)行適應(yīng) 性開(kāi)發(fā),以推動(dòng)燃料電池轎車(chē)產(chǎn)品化的進(jìn)程。

4.1　車(chē)身架構(gòu)的適應(yīng)性開(kāi)發(fā)
車(chē)身系統(tǒng)由現(xiàn)在轎車(chē)普遍采用的承載式車(chē)身 更改為半承載式的車(chē)身或者適當(dāng)增加中央通道的 寬度。半承載式車(chē)身在燃料電池轎車(chē)的總布置中 具有更加靈活的優(yōu)勢(shì)。首先,采用半承載式的車(chē) 身平臺(tái),可以有效解決高壓電線的安全走向空間 問(wèn)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(dòng)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(pán)系統(tǒng)的適應(yīng)性開(kāi)發(fā)

影響燃料電池轎車(chē)整車(chē)水平提高很重要的因 素是該動(dòng)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(chē)發(fā)展的必然方向。目前某品 牌插電式燃料電池轎車(chē)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)燃料電池堆 及其控制單元集成設(shè)計(jì),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(zhǎng)度適當(dāng)增 加,以利于驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)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(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,在底盤(pán)技術(shù) 上配合承載式底盤(pán)的線傳動(dòng)操控系統(tǒng)一旦可以實(shí) 現(xiàn)應(yīng)用,將大大增加整車(chē)可用空間,高度集成的燃料 電池系統(tǒng)將可布置在底盤(pán)框架中,燃料電池轎車(chē)的 整車(chē)設(shè)計(jì)水平將有一個(gè)很大的提升。

4.3　燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)

其中主要是要解決電堆目前偏平化的設(shè)計(jì), 進(jìn)行集成設(shè)計(jì),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(jì)結(jié)構(gòu), 將動(dòng)力系統(tǒng)主要部件,如 冷卻水泵、風(fēng)機(jī)、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(shí)現(xiàn)合 理分配前艙流場(chǎng),這將在很大程度上改善燃料電 池轎車(chē)散熱能力。

4.4　儲(chǔ)氫系統(tǒng)的布置解決方式

首先在目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫瓶的規(guī)格狀態(tài)下,改變 現(xiàn)有的氫瓶布置方式,將儲(chǔ)氫系統(tǒng)包括管路進(jìn)行 集成模塊化設(shè)計(jì),裝配采用模塊化裝配。對(duì)儲(chǔ)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?cè)瓉?lái)的方鋼矩形框架, 采用H型的高強(qiáng)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(méi)有受 到破壞。其次,當(dāng)氫瓶規(guī)格可以按照客戶(hù)要求進(jìn) 行設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí),結(jié)合滑板式底盤(pán)平臺(tái),氫瓶將可能 實(shí)現(xiàn)前移,有效解決后碰撞的安全保護(hù)及行李艙 空間問(wèn)題。

5、結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某品牌燃料電池轎車(chē)總布置設(shè)計(jì)中 的幾個(gè)重要參數(shù),分析了燃料電池轎車(chē)總布置設(shè) 計(jì)中存在的若干問(wèn)題,提出了燃料電池轎車(chē)開(kāi)發(fā) 中總布置設(shè)計(jì)中的一些開(kāi)發(fā)方向及措施,對(duì)后續(xù) 燃料電池轎車(chē)總布置設(shè)計(jì)的改進(jìn)及提升整車(chē)性能 指標(biāo)具有一定的參考作用。

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