FCEV的燃料电池发动机的组成

    一、FCEV的燃料电池发动机的基本组成
    燃料电池发动机是FCEV主要的电源，一般由多个单体燃料电池组成。燃料电池的单体电池的电压一般在1V以下，即使采用串联的方法来提高输出电压，需要串联大量的单体燃料电池才能达到，一般用燃料电池管理系统模块进行电源的管理，对燃料电池状态进行监控和检查。燃料电池的电流需要经过专用的大功率动力DC/DC转换器，将燃料电池产生的直流电转换为稳压的直流电流，然后经过逆变器转换为交流电输送给驱动电动机。除此之外，在装有空调系统和装有电动油泵转向系统的FCEV上，燃料电池组还要向它们提供电能。
    通常在FCEV上还要装配一个普通蓄电池组作为辅助电源，其作用：①用于FCEV快速起动；②用于储存FCEV在再生制动时反馈的电能；③为控制系统、照明系统，信号系统，仪表板、车载电子、电气设备（包括刮水器、喷淋器、电动车门、电动车窗、音响、电视、多媒体、安全气囊、防撞系统、导航系统和车载电话等）提供低压电源。
    二、燃料电池本体
    FCEV最基本的动力设备是用单体燃料电池串联而成的燃料电池组，有关燃料电池和燃料电池组的内容将在“燃料电池”一章中进行介绍。燃料电池组本身的结构比较简单，没有运动构件，不需要润滑，便于维修。通常采用自动管理系统控制燃料电池的反应过程，例如：起动、运转、输出电能的调整和停止等。
    1．燃料电池发动机
    在FCEV上使用的燃料电池发动机应具有30一75kW的功率，要求采用氢气作为燃料电池燃料的发动机的比功率≧150W/地，采用甲醇作为燃料电池燃料发动机的比功率≧100W/kg,功率要能够满足与所配套的不同级别FCEV动力的要求。体积能符合FCEV整车布置的要求(保证设计的载客空间和载客量)，便于在FCEV上安装。质量应控制在整车整备质量规定的控制范围内，不会引起车辆的过载等。
    2．燃料电池的特点
    燃料电池的电反应的速度和效率随参加反应气体参数变化而不同，如压力、温度、湿度和载荷的变化等。它们对燃料电池反应的响应各不相同，综合响应的规律就更加复杂。
    ①在FCEV上，用现代电子技术，根据参加反应气体反应条件的变化，对燃料电池电响应的速度和效率进行控制，将反应过程控制在适合的范围内，根据反应条件的规律来制定相应的控制策略，用现代控制理论(模糊控制、智能控制等)开发燃料电池控制系统的软件和硬件，使反应速度加快(目前已达到2s)和尽可能地提高效率。
    ②燃料电池的特点是低电压、大电流，燃料电池输出的电压是随温度的升高而升高，输出的电压随输出的电流增大而下降。动态过程时间从载荷变化开始到输出电压、电流缓慢地逐渐进人稳定状态，停留在误差带范围内的动态反应时间较长(相对于铅酸蓄电池)。由于大多数的电器和电极难以适应燃料电池电压、电流受温度影响的特点，和动态响应过程时间长的影响，直接使用燃料电池的电能有一定的困难，必须有一个动力DC/DC转换器来与燃料电池配合使用。
    三、燃料电池动力DC/DC转换器
    燃料电池具有低电压、大电流的特点，但燃料电池电压变化范围大。因此，在FCEV上需要配置适宜于低电压、大电流的动力DC/DC转换器。在FCEV上配置与燃料电池组输出特性相匹配的变化范围30一150kW、电压变化范围100一300V的动力DC/DC转换器，是FCEV动力系统的关键技术装备。动力DC/DC转换器还要按FCEV的动力性能变换和FCEV装车的要求实现模块化和模块的系列化。
    动力DC/DC转换器，由电流变换器、变压器、整流器等组成，用智能模块进行控制，燃料电池的动力DC/DC转换器根据FCEV系列进行匹配，形成30一150kW系列动力DC/DC转换器模块。
    在燃料电池发动机装于FCEV上之前，燃料电池组与动力DC/DC转换器应进行联合实验，要求输出的电压稳定，波动范围在允许的范围内，并对FCEV的行驶载荷变化的响应灵敏，以保证燃料电池的运转性能达到FCEV的动力性能的要求。
    四、燃料电池发动机与FCEV的配合
    FCEV有多种多样的形式，包括轿车，客车和货车等，在FCEV上，需要研发不同功率系列化的燃料电池发动机，并逐步实现小型化和轻量化，以便在FCEV上使用的燃料电池发动机时，FCEV的整车质量控制在允许的范围内，还要求能够对FCEV行驶工况的变化快速响应，承受FCEV行驶时的颠簸和振动等。
    五、燃料电池发动机的安全性
    燃料电池发动机的单元电池的电压一般在 1V以下，燃料电池本体是用多个单体燃料电池串联来提高输出的电压。这种串联的结构形式就给燃料电池组的密封提出很高的要求，在氢气进人燃料电池之前，氢气与氧气（空气）应完全隔绝并有严密的防泄漏的装备。如果密封不好，氢气与氧气在反应前因泄漏而混合，会严重地影响燃料电池的效率。如果氢气泄漏到系统外，在适当的条件下，可能引发氢气的燃烧，严重的还会因氢气泄漏而造成爆炸事故。
    在FCEV行驶中有颠簸和振动，对燃料电池的密封性的要求更加严格。燃料电池发动机的布置应尽可能地与乘客区分开，采取有效的安全防范措施，装配报警系统和应急防护系统，以确保乘员的安全。