燃料电池电动汽车实质上是电动汽车的一种，在车身、动力传动系统、控制系统等方面，燃料电池电动汽车与普通电动汽车基本相同，主要区别在于动力电池的工作原理不同。它通常由燃料电池系统、电机、蓄电池（超级电容）等功能部件组成。为保证 PEMFC（质子交换膜燃料电池）组正常工作，还装有氢气供给系统（氢燃料瓶）、氧气供给系统（空气压缩机）、反应生成物的处理系统、冷却系统（水泵、加湿器）和电能转换系统等。图5-8为典型燃料电池汽车结构示意图。

图5-8

一、燃料电池系统

根据燃料电池所使用的燃料不同，主要分为氢燃料电池和甲醇燃料电池系统。

1.氢燃料电池发动机

氢燃料电池系统主要由以下几部分组成，结构如图5-9所示。

（1）氢气供应、管理和同收系统。

氢气在一定的压力和温度下呈液态，液态氢的密度是气态氢的845倍，由于液态氢处于高压状态，需要用高压储气瓶储存，还要用低温装置来保温。

（2）氧气供应和管理系统。

氧气可以从空气中获取，也可以从氧气罐中获取氧气，空气需要用压缩机来提高压力，以增加燃料电池反应的速度。

（3）水循环系统。

燃料电池发动机在反应过程中将产生水和热量，在水循环系统中用冷凝器、气水分离器及水泵等对反应生成的水和热量进行处理，其中一部分水可以用于空气的加湿。

（4）电力管理系统。

燃料电池所产生的是直流电，需要经过DC／DC变换器进行调压，还需要用逆交器将直流电转为三相交流电，驱动电机。

图5-9

1-氢气罐；2-氢气压力调节；3-热交换器； 4-氢气循环泵； 5-冷凝器及气水分离器；6-水箱；7-水泵；8-空气压缩机；9-加温器；10-燃料电池组； 11-电源开关；12-DC-DC变换器； 13-电机控制器； 14-驱动电机

2.以甲醇为燃料的燃料电池系统

以甲醇为燃料的燃料电池发动机的基本结构如图5-10所示。

（1）甲醇储存装置。

甲醇可以用普通耐腐蚀的容器储存，不需要加压或冷藏。

（2）燃烧器、加热器和蒸发器。

甲醇进入改质器之前，要蒸发成甲醇和纯水的混合气。

（3）重整器。

不同的碳氢化合物采用不同的重整技术，在重整过程中，温度、压力会有所不同。

（4）氢气净化器。

改质器所产生的H2因为含有少量的CO，因此必须对H2进行净化处理。

图5-10

1-甲醇储存罐； 2-带燃烧器的性质器；3-净化装置；4-氢气循环泵；5-冷凝器及气水分离器；6-水箱；7-空气压缩机；8-加温器；10-燃料电池组；11-电源开关；12-DC/DC变换器； 13-电机控制器； 14-驱动电机

二、DC/DC变换器(www.daowen.com)

1.装置DC/DC变换器的必要性

燃料电池只提供直流电，电压和电流随输出电流的变化而变化。燃料电池不可能接受外电源的充电，电流的方向只是单向流动。FCEV采用的辅助电源（蓄电池和超级电容器）在充电和放电时，也是以直流电的形式流动的，但电流的方向是可逆性流动。FCEV上的各种电源的电压和电流受工况变化的影响呈不稳定状态。

2.DC/DC变换器的基本功能

（1）当输入直流电压在一定范围内变化时，能输出负载要求的变化范围的直流电压。

（2）输出负载要求的直流电流（范围）。

3.FCEV车载DC/DC变换器的要求

（1）变换器是能量传递部件，因此要求转换效率高，以提高能源的利用率。

（2）为了降低对燃料电池的输出电压要求，变换器应具有升压功能。

（3）由于燃料电池输出得不稳定，需要变换器闭环运行进行稳压，为了给驱动器稳定地输入，需要变换器有较好的动态调节能力。

三、驱动电机

燃料电池汽车使用的电机与纯电动汽车的电机类似，要将燃料电池产生的电能转换成机械能输出。驱动电机的类型主要有直流电机与交流电机两大类，多采用三相交流感应电机与同步电机。交流电机结构如图5-11所示。

图5-11

四、辅助动力源

在FCEV上燃料电池发动机是主要电源，另外还配备有辅助动力源。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。在具有双电源系统的FCEV上，驱动电机的电源可以出现以下驱动模式。

（1）在FCEV启动时，由辅助动力源提供电能带动燃料电池发动机启动，或带动车辆起步。

（2）车辆行驶时，由燃料电池发动机提供驱动所需全部电能，剩余的电能储存到辅助动力源装置中。

（3）在加速和爬坡时，若燃料电池发动机提供的电能还不足以满足FCEV驱动功率要求，则由辅助动力源提供额外的电能，使驱动电机的功率或转矩达到最大，形成燃料电池发动机与辅助动力源同时供电的双电源的供电模式。

（4）贮存制动时反馈的电能，以及向车辆的各种电子、电器设备提供所需要的电能。

五、电控系统

燃料电池汽车的动力电控系统主要由燃料电池发动机管理系统（ FCE- ECU）、电池管理系统（BMS）、动力控制系统（PCU）及整车控制系统（VMS）组成，如图5-12所示。

图5-12

1.燃料电池发动机管理系统

燃料电池发动机管理系统按整车控制器的功率设定值控制燃料电池发动机的功率输出，监测发动机的工作状态，保证发动机稳定可靠地运行，以及进行故障诊断及管理。其具体组成包括供氢系统、供氧系统、水循环及冷却系统。

2.蓄电池管理系统

蓄电池管理系统分上、下两级，下级LECU负责蓄电池组电压、温度等物理参数的测量，进行过充、过放保护及组内、组间均衡；上级CECU负责动力蓄电池组的电流检测及SOC估算以及相关的故障诊断，同时运行高压漏电保护策略。

3.动力控制系统

动力控制系统包含DCDC变换器、DC／AC变换器、DCL和空调控制器及空调压缩机变频器以及电机冷却系统控制器。DCL负责将高压电源转换为系统零部件所需的12V／24V低压电源，电机冷却系统控制器负责电机及PCU的水冷却系统控制。

4.整车控制系统

整车控制系统的核心是多能源控制策略（包括制动能量回馈功能），它一方面接收来自驾驶员的需求信息（如点火开关、加速踏板、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），根据预先匹配好得多能源控制策略进行能量分配调节控制。