车载供氢系统
车载供氢系统完成集成方案初步设计后,需要进行CAE强度分析。
根据GB/T 26990-2011《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》、GB/T 29126-2012《燃料电池电动汽车 车载氢系统试验方法》,车载供氢系统应满足在上、下、前、后、左、右六个方向上应能承受8g的冲击力,保证储氢瓶与固定座不损坏,且相对位移不超过13mm。根据标准要求
碳纤维氢气瓶
车载供氢系统
车载供氢系统完成集成方案初步设计后,需要进行CAE强度分析。
根据GB/T 26990-2011《燃料电池电动汽车车载氢系统技术条件》、GB/T 29126-2012《燃料电池电动汽车 车载氢系统试验方法》,车载供氢系统应满足在上、下、前、后、左、右六个方向上应能承受8g的冲击力,保证储氢瓶与固定座不损坏,且相对位移不超过13mm。根据标准要求设置了合适的CAE边界条件。如图2所示,在车载供氢系统进行实际试验前,其结构强度的设计,首先得满足CAE强度分析的结果符合标准要求。
供氢系统安全监控
供氢系统安全主要监控氢瓶、管路、氢气泄漏状态、整车运行状态。
氢气泄露监控 :在储氢瓶口、乘客舱、燃料电池发动机等位置安装氢气浓度传感器,实时监测车内的氢含量,当任何一个传感器检测到的氢体积分数超过氢下限(空气中的氢体积含量为4%)的10%、25%和50%时,监控器会分别发出I级、II级、11I级声光报警信号。
管路压力监控: 当检测低压压力超过或设定值时,立即关断电磁阀,并将管路超压或管路低压的报警信息发送给整车管理系统请求结束正常工作,同时声光报警提示司机采取必要措施。
加注安全监控 :当检测到氢瓶内压力超过设定的加注压力或设定的低压值时,立即向整车管路系统和加氢机发送停止加氢及氢瓶压力过高或过低的报警信息。 加氢口内安装了温度传感器及压力传感器,同时还具有过电压保护、环境温度补偿、软管拉断裂保护及优先顺序加气控制系统等功能。
氢瓶温度监控 :当检测到气瓶的温度超过或设定温度时,立即关闭电磁阀,并将氢瓶内温度过高或过低的报警信息发送给整车管路系统和加氢机请求结束正常工作,同时信息提示故障气瓶编号,通过声光报警的方式通知司机,立即采取相应措施。
电气元件短路监控 :电气元件发生短路时,立即关闭氢系统所有电磁阀并使氢系统断电,同时通过声光报警提示司机氢系统短路,采取相应的安全措施。
燃料电池汽车是一个复杂的汽车系统,控制上也存在很多需要优化的问题。
1)燃料电池本身控制
质子交换膜燃料电池是一个多输入、多输出的非线性时变系统,其系统比较复杂,难以建模,会受到进气压力、温度、湿度、电流密度等多种因素的影响。因此,为了提高系统的工作性能,保持良好的运行状态,恰当的控制策略依然是未来很长一段时间内的研究课题。
2)冷启动控制
当环境温度较低时,启动燃料电池会出现结冰现象,破坏电堆结构,影响电堆寿命。一般通过关机时吹扫和开机时加热两种方法辅助进行冷启动。如何在保护电堆的前提下缩短冷启动时间,也是对燃料电池汽车发展过程中不得不优化的问题。
3)整车控制
燃料电池从本质上讲是一台发电机,不能储存电能,一般与电池一起作为车辆的能量源,所以燃料电池汽车等价于一台增程式电动汽车,只是用燃料电池代替了发动机。由于燃料电池效率随负载变化、功率响应较慢等等原因,导致在整车动力性、经济性优化控制上依然存在较大提升空间。
纤维缠绕方式有环向缠绕和纵向缠绕两种。第二代高压储氢容器采用了环向缠绕方式,通过在铝内胆环向缠绕复合材料可以将其车过载能力提高1倍,但储氢罐的压力一般不超过20MPa。为了提升高压复合储氢罐的承压能力和质量储氢密度,第三代高压储氢容器采用了环向缠绕和纵向缠绕相结合的方式。纤维缠绕金属内衬复合材料高压储氢容器根据各部分材料的选择、储氢量和压力要求、厚度设计方案等。确定的系统储氢密度是不同的。以70MPa常温下的25L碳纤维增强铝内衬高压储氢容器为例,其系统质量储氢密度为5.0%。
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