燃料电池电动汽车主要由燃料电池、高压储氢罐、辅助动力源、DCDC转换器、驱动电机和整车控制器等组成,如图4-8所示。 (1)燃料电池：燃料电池是燃料电池电动汽车的主要动力源,它是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。 发电的基本原理是,电池的阳极(燃料极)输入氢气(燃料),氢分子(H2)在阳极催化剂作用下被离解成为氢离子(H+)和电子(e-),氢离子(H+)穿过
燃料电池的电解质层向阴极(氧化极)方向运动,电子(e-)因通不过电解质层而由一个外部电路流向阴极;在电池阴极输入氧气(O2),氧气在阴极催化剂作用下离解成为氧原子(O),与通过外部电路流向阴极的电子(e-）和燃料穿过电解质的氢离子(H+)结合生成稳定结构的水(H2O),完成电化学反应,放出热量。这种电化学反应与氢气在氧气中发生的剧烈燃烧反应是完全不同的,只要阳极不断输入氢气,阴极不断输入氧气,电化学反应就会连续不断地进行下去,电子(e-）就会不断通过外部电路流动形成电流,从而连续不断地向汽车提供电力。
(2)高压储氢罐：高压储氢罐是气态氢的储存装置,用于给燃料电池供应氢气。为保证燃料电池电动汽车一次充气有足够的续驶里程,就需要多个高压储气罐来储存气态氢气。一般轿车需要2~4个高压储气罐,大客车上需要5~10个高压储气罐。
(3)辅助动力源：根据FCEV的设计方案不同,其所采用的辅助动力源也有所不同,可以用蓄电池组、飞轮储能器或超大容量电容器等共同组成双电源系统。
(4)DC/DC转换器：FCEV的燃料电池需要装置单向DC/DC转换器,蓄电池和超级电容器需要装置双向DC/DC转换器。DC/DC转换器的主要功能有调节燃料电池的输出电压,能够升压到650V;调节整车能量分配;稳定整车直流母线电压。
(5)驱动电机：燃料电池电动汽车用的驱动电机主要有直流电机、交流电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等,具体选型必须结合整车开发目标,综合考虑电机的特点。
(6)整车控制器：整车控制系统是燃料电池电动汽车的大脑,由燃料电池管理系统、电池管理系统、驱动电机控制器等组成,它一方面接收来自驾驶员的需求信息(如点火开关、油门踏板、制动踏板、挡位信息等)实现整车工况控制;另一方面基于反馈的实际工况(如车速、制动、电机转速等)以及动力系统的状况(燃料电池及动力蓄电池的电压、电流等),根据预先匹配好的多能源控制策略进行能量分配调节控制。
燃料电池电动汽车的工作原理如图4-9所示,高压储氢罐中的氢气和空气中的氧气在汽车搭载的燃料电池中发生氧化还原化学反应,产生出电能,驱动电机工作,驱动电机产生的机械能经减速机构传给驱动轮,驱动汽车行驶。
