豐田FCHV-4型燃料電池汽車的結構特性分析張毅黑龍江工程學院豐田汽車公司開發的FCHV-4型采用燃料電池和輔助電池作為混合動力系統的能源，極大提高能源轉換效率，使汽車具有良好的性能相應。燃料電池與牽引電機逆變器直接相連，與輔助電池和DC/DC器串聯。該燃料電池汽車的效率為傳統內燃機汽車的3倍。

豐田；燃料電池；混合動力Abstract隨著人們對環境要求的日益高漲，迫切需要開發更清潔，能效更高的汽車。燃料電池是一種清潔高效的能量轉換裝置，本文分析豐田公司FCHV-4型燃料電池混合動力汽車的結構特性。

1FCHV-4型燃料電池汽車概述1.1燃料電池系統安裝位置燃料電池組、功率控制單元和電機安裝在汽車前部，而四個高壓儲氫罐安裝在后部地板下面，輔助電池放在行李箱地板下面。

1.2燃料電池系統的主要部件1）燃料電池，采用聚合物電解質燃料電池（PEFC），用氫作為燃料，最大功率2）輔助電池，與豐田Prius車的電池相同，具有很高的可靠性，為密封式鎳氫電池，容量是6.5Ah，冷卻方式為強制風冷式。

3）DC/DC轉換器，由于采用三相斬波器，降低波動電壓。為提高轉換率，感應芯片采用鐵損低的多孔合金。最大輸出功率為20KW，載波頻率為三相10KHz，冷卻方式為水冷和風冷式。

4）空氣壓縮機，采用渦旋式壓縮機，最大流量為3500NL/6000轉/分。用永磁電機作為驅動電機，具有較大傳動比。

5）功率控制單元（PCU），高壓部件和控制器裝配在一起，從而簡化冷卻系統和控制系統。逆變器最大電流為44Arms.轉換方式為PWM.冷卻方式為水冷式。

6）電機，采用永磁電機，最大功率為80KW，冷卻方式為水冷式。

2燃料電池系統原理燃料電池系統組成逆變1/電機燃料電池系統的功能是提高燃料利用率和動力轉換響應率。電源是混合式結構，由燃料電池和輔助電池組成。根據汽車的工作狀態，精確地控制燃料電池輸出功率和輔助電池的充放電。鎳氫電池具有良好的儲能性能，單獨使用時，汽車成為純電動車（PEV），因此能夠降低汽車輕負荷的燃油消耗。

燃料電池和輔助電池的功率比，功率比在40：6080：120之間時燃料效率最高。因此燃料電池輸出功率設定為90KW，輔助電池的輸出功率設定為21KW，燃料電池也用于為空調等附件提供輔助動力。

燃料電池與牽引逆變器/電機的連接方式為串聯，以便在汽車運行的大部分時間具有較高效率，輔助電池的功率比較低與燃料電池串聯通過DC/DC逆變器互聯，用做燃料電池響應遲緩或汽車滿負荷時提供輔助動力。輔助電池也吸收制動再生能量和在小負荷時用做純電動車的動力源。

通過控制DC/DC轉換器的輸出電壓來調節燃料電池和輔助電池之間能量轉換。

3燃料電池系統的組成燃料電池系統的組成如所示，燃料電池動力系統按功能可分為兩部分：燃料電池系統和混合動力系統。燃料電池系統是使汽車行駛的動力源，混合動力系統高效地運用燃料電池系統的輸出動力。

燃料電池系統包括燃料電池組、燃料供給系統部件和冷卻系統部件。

氫氣經調節器從高壓罐供到燃料電池組，氫氣的最大壓力為25MPa.為提高燃料電池的性能，燃料電池反應后剩余的過多氫氣由循環泵送到燃料電池供給一側。空氣由壓縮機加壓，隨后經加濕器供到電池組。加濕器將從電池組排出的空氣中水蒸氣吸出，然后加濕進入的壓縮空氣。加濕泵也循環電池組與散熱器之間的冷卻水。

混合動力系統混合動力系統包括燃料電池系統、輔助電池、DC/DC轉換器和牽引逆變器/電機。

汽車的基本驅動力來自燃料電池，但當燃料電池的輸出動力不充分時，如超車和滿負荷時，輔助電池提供額外動力。在低功率區，燃料電池系統效率低。因此在低功率區燃料電池和附屬設備（如空氣壓縮機）停止工作，汽車只靠輔助電池行駕駛或為純電動汽車。

3.3燃料電池汽車動力傳動過程燃料電池不工作，汽車依靠輔助電池運轉。

汽車依靠輔助電池運轉。

大功率和加速方式輔助電池和燃料電池同時發揮作用。

若燃料電池的能量不充足，輔助電池提供輔助動力。

燃料電池停止輸出動力，再生能量送至輔助電池。

在上述各行駛方式下，若輔助電池的電量過低，將由燃料電池提供電力。

3.4混合動力系統的控制混合動力系統分為三部分：電動汽車控制單元，混合動力控制單元和燃料電池控制單元。在電動汽車控制單元，所需要的動力大小由油門傳動器等決定并且隨后將此信息送到混合控制單元。從混合控制單元得到電機功率余量信息，并且在一定范圍驅動電機。在混合動力控制單元，計算那一時刻可供利用的燃料電池最大功率和輔助電池的最大功率。這是總的電機功率容量。混合單元將目標電流送到燃料電池控制單元。根據電機的需求和燃料電池的特性確燃料電池低功率模式燃料電池中等功率模式定目標電流。同時，燃料電池的工作點由DC/DC轉換器控制。燃料電池的輔助系統由燃料電池控制單元根據燃料電池目標電流控制。

4性能評價汽車起步到停止期間燃料電池和輔助電池的功率分配情況。在起步時，燃料電池不起作用，汽車依靠輔助電池提供能量。當系統需要更大功率時，輸出的動力立即轉換到燃料電池。穩定行使后快速加速時輔助電池的動力開始輔助燃料電池動力。若駕駛員踩動制動器，燃料電池動力輸出快速下降并且切斷，再生的制動能量開始向輔助電池再充電。燃料電池汽車的經濟性和動力性。與普通內燃機相比，燃料電池經濟性提高3倍，而燃料電池與普通內燃機汽車的加速性能相類似。

5結論FCHV-4采用并聯式燃料電池和輔助電池連接方式，能夠根據汽車運行狀態切換動力方式，實現最佳控制，提高燃油經濟性和好的動態響應。FCHV-4保持與內燃機汽車相同的動力性能，而能量效率提高約3倍。

上接第99頁（5）數字城市平臺數據采集（6）其他二、數字撫順之處女航011年5月X日，在撫順市南部實施了無人機首次飛行。

數字撫順平臺數據采集規劃空白區基礎數據提供數據處理檢查及提交三、結束語無人機在我市的應用，填補了我市無人機測繪方式的空白，充實了我市基礎測繪數據采集的方式，大大加強了數據更新能力，各種數據監管機制，將為我市動態地質災害監測、違法土地利用的監管提供快速反應。