1.1.3 燃料電池汽車動力系統

燃料電池汽車動力系統是電動汽車最主要的系統總成，一方面決定整車性能的優劣，另一方面也是決定整車造價的主要因素。因此，正確地確定整個動力系統的結構，合理選擇系統中各裝置與部件的類型及性能參數對燃料電池汽車整車的動力學性能是十分重要的。

對于一輛燃料電池汽車，其驅動裝置是電機，電能由燃料電池堆提供。燃料電池堆通過氫氣與氧氣的反應產生電能，只要不斷地為其提供氫氣就可以輸出電流做功，這類似于傳統意義上的汽油或柴油內燃機，所不同的是添加的燃料。因此，行業中經常可以看到將車載燃料電池堆及其支持系統（Balance of Plant，BOP，包括空氣供應、氫氣供應、水熱平衡及控制系統）的集成稱為“燃料電池發動機（Fuel Cell Engine，FCE）”，但不同于直接提供機械能輸出的傳統的內燃發動機，其實質是“燃料電池發電系統”。

在目前的技術條件下，燃料電池發電系統有幾個技術短板：需要外部電源提供電能啟動空氣壓縮機、整機啟動時間較長、輸出響應較慢和輸出伏安特性較軟，因此需要額外做些補充配置，以優化系統整體性能。為了解決這些問題，同時解決回收電機回饋制動能量的問題，必須在動力總成方案中增加可儲能的電源，如采用高功率的動力蓄電池組和超級電容。為了解決燃料電池輸出伏安特性較軟的問題，在燃料電池發動機與電機之間增加一個DC/DC變換器，以起到改善燃料電池的伏安特性和匹配電源阻抗的作用。

因此，目前國內外通行的燃料電池汽車動力系統技術方案中，除采用燃料電池發動機作為主要動力源外，都采用高功率動力蓄電池（有時還有超級電容）作為儲能系統，同時，在燃料電池發動機和電機之間通過DC/DC變換器連接。

綜上，燃料電池汽車動力系統的主要總成部件有四個：燃料電池發電系統、動力蓄電池組、DC/DC變換器和電機。燃料電池汽車動力系統的結構形式如圖1-14所示，圖中虛線方框表示可選部件，點畫線圓框表示按功能劃分的子系統。

圖1-14 燃料電池汽車動力系統的結構形式

可以把動力系統簡單分為兩部分，其一為電源系統，其二為驅動系統，電源系統和驅動系統之間是松耦合關系，而電源系統和驅動系統內部是強耦合關系。

電源系統主要包括燃料電池、DC/DC變換器和動力蓄電池，本書后面將其稱為復合電源。復合的目的是形成一個比較優化的車用電源，這是本書重點介紹的內容。圖1-14中的電源系統由燃料電池完成從氫能到電能的轉換，發出的電能經過DC/DC變換器這個電力電子變流器后，并聯在動力蓄電池兩端，這兩類電化學電源和一個電力電子電源相互配合，彌補各自的不足，成為一個優化的復合電源，供電給驅動系統，并接受驅動系統在制動時回饋的電能。

驅動系統完成從電能到動能的轉換，并根據整車需要匹配合理的速度和轉矩。驅動系統包括電機、電機驅動器和變速（減速）器，目前在乘用車中已經三合一集成，甚至和差速器等多合一集成，成為一個高集成的驅動橋，這部分內容不是本書重點介紹的內容，詳細介紹可以參閱車用電機及驅動方面的專業書籍。圖1-14所示結構采用的是一個中央驅動電機的方案，電機輸出的轉矩經傳動機構傳遞到驅動輪上驅動汽車行駛，雖然配置變速器后有助于提高電動汽車的經濟性和多工況適應性，但會增加成本及結構復雜性，具體方案隨車型及其應用場景確定。