燃料電池轎車總布置設計研究

對于儲氫系統,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個標準手提箱,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 堆系統性能。因此其對前端散熱模塊的風扇性能 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 是增加進風面積,即擴大前保險杠進風口的面積; 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。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,給整車安全帶來嚴重的安全隱患。

4、燃料電池轎車整車平臺發展方向的建議

綜上所述,燃料電池動力系統若要很好地在 整車上進行應用,至少在以下幾個方面進行適應 性開發,以推動燃料電池轎車產品化的進程。

4.1　車身架構的適應性開發
車身系統由現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 瓶技術有所突破的情況下,可以將動力蓄電池或 者氫瓶進行前移,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　底盤系統的適應性開發

影響燃料電池轎車整車水平提高很重要的因 素是該動力系統的集成度低。燃料電池堆布置在 前艙是燃料電池轎車發展的必然方向。目前某品 牌插電式燃料電池轎車已經初步實現燃料電池堆 及其控制單元集成設計,布置在前艙中。由于前懸 尺寸并未調整,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增 加,以利于驅動電機及減速器高度降低和增加燃料 電池堆的有效空間。前艙質心的降低有利于碰撞 的安全性。其次轉向系統可采用 EPS電動轉向,較 現在使用的EHPS電液轉向系統將大大節省前艙的 空間,降低總布置的難度。從長遠來看,在底盤技術 上配合承載式底盤的線傳動操控系統一旦可以實 現應用,將大大增加整車可用空間,高度集成的燃料 電池系統將可布置在底盤框架中,燃料電池轎車的 整車設計水平將有一個很大的提升。

4.3　燃料電池發動機系統集成化設計

其中主要是要解決電堆目前偏平化的設計, 進行集成設計,將其控制系統及冷卻系統進行集 成,采用框架設計結構, 將動力系統主要部件,如 冷卻水泵、風機、控制單元等進行前艙集中布置。 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　儲氫系統的布置解決方式

首先在目前國內儲氫瓶的規格狀態下,改變 現有的氫瓶布置方式,將儲氫系統包括管路進行 集成模塊化設計,裝配采用模塊化裝配。對儲氫 系統模塊的碰撞安全進行整體整體考慮,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。仿真結果顯示,此種 方式后部碰撞非常理想,氫瓶及管路系統沒有受 到破壞。其次,當氫瓶規格可以按照客戶要求進 行設計生產時,結合滑板式底盤平臺,氫瓶將可能 實現前移,有效解決后碰撞的安全保護及行李艙 空間問題。

5、結語

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

參考文獻

1　陳全世,仇斌,謝起成.燃料電池電動汽車[M].北京:清 華大學出版社, 2005. 5.

2　余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社, 2000. 10.