氢燃料电池汽车的结构设计和测试

氢燃料电池汽车的结构设计和测试

本文进行了氢燃料电池汽车的设计、制造和测试。所设计的车辆结构应与国际竞赛设定的标准一致，该竞赛旨在激励高中和大学的学生制造并检测节能型汽车，车辆需要结构紧凑、质量轻且效率高，而且能够容纳燃料电池、驾驶员和储存氢的压缩气体罐。受比赛规则和现有燃料电池系统的影响，车辆设计的重点是省油。车辆的结构设计过程是实现车辆结构刚度性能和轻量化的迭代过程。采用电脑三维软件Solidworks构建和评估车辆的三维结构模型。而采用三轮式结构设计不需要差速机构，可减轻车质量。使用最大输出功率为1.2kW的聚合物交换膜（PEM）燃料电池系统为车辆提供能量。焊接铝合金方管组件可实现设计车辆的结构框架，如图1所示。选择阿克曼转向系统能够消除低速车轮的摩擦，进而降低车辆的旋转阻力。前轮安装鼓式制动器，后轮采用标准的自行车制动方式。采用电动轮毂电机和控制器驱动所设计车辆的后轮。车辆最终是一个具有铝合金框架、阿克曼转向系统和玻璃钢车身的结构。在实验室进行试验确定车辆性能，绘制车辆燃料消耗、扭矩和效率性能曲线。利用燃料电池制造商所提供的软件和硬件，测量氢气的流量和燃料电池的输出功率。在保持载荷不变的情况下，利用自行车测力计获得车辆的输出转矩，用转速表测量车轮的转速。设计的车辆能够符合国际竞赛要求。驾驶员驾驶新设计的燃料电池汽车进行试验（图2），可以获得车辆行驶9.68km时，其平均车速为27.4km/h，燃油效率为57km/kW·h。

图1　车辆最终的结构设计框架

图2　有驾驶员的燃料电池汽车

EricVerhasseltetal. ProceedingsoftheASME 201412thInternational ConferenceonFuelCell Science，Engineeringand Technology，2014.

编译：赵唤