日趨嚴(yán)苛的排量法規(guī)以及相關(guān)環(huán)境污染的強(qiáng)制性措施將內(nèi)燃機(jī)（大排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)甚至是小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)）的生存發(fā)展之路變得日益狹隘。從技術(shù)層面來(lái)講，在當(dāng)今的內(nèi)燃機(jī)以及難以實(shí)現(xiàn)像以往壓縮比、熱效率方面的大幅度突破的前提下，越來(lái)越多的車(chē)企逐漸把重心傾向世界權(quán)威機(jī)構(gòu)更加親眛的純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域，之前我們講過(guò)了BMW i Hydrogen NEXT動(dòng)力系統(tǒng)、豐田第二代燃料電池汽車(chē)Mirai動(dòng)力系統(tǒng)、上汽PROME P390 氫能源動(dòng)力系統(tǒng)。



現(xiàn)代作為全球第一家量產(chǎn)燃料電池汽車(chē)的車(chē)企，在第五屆國(guó)際氫能與燃料電池汽車(chē)大會(huì)（FCVC2020）上，現(xiàn)代帶來(lái)了氫燃料電池汽車(chē)NEXO，這是現(xiàn)代第二代商用燃料電池電動(dòng)汽車(chē)，搭載了一臺(tái)135kW的氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)和三個(gè)儲(chǔ)氫罐，僅需5分鐘即可充滿氫氣。在充滿氫氣的情況下，NEXO的續(xù)航里程超過(guò)800公里（NEDC標(biāo)準(zhǔn)綜合工況）。今天，我們就來(lái)了解這臺(tái)NEXO的各項(xiàng)性能參數(shù)以及技術(shù)原理。

01  基本參數(shù)

現(xiàn)代NEXO與ix35 FCEV技術(shù)參數(shù)


02  動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型



現(xiàn)代NEXO采用的是質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)（簡(jiǎn)稱PEMFC），采用高分子膜作為固態(tài)電解質(zhì)，具有能量轉(zhuǎn)換率高、低溫啟動(dòng)、無(wú)電解質(zhì)泄露等特點(diǎn)。采用了電-電混合的動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型，即燃料電池+動(dòng)力電池兩種能源組合方式，氫燃料通過(guò)供給系統(tǒng)完成由高壓到低壓的“降壓”后，燃料從“儲(chǔ)氫罐”輸出進(jìn)入燃料電池的負(fù)極。另一邊，空氣中的氧氣則由車(chē)前部“空氣供給系統(tǒng)”過(guò)濾后注入“燃料電池堆”的正極，氫氣和氧氣在“燃料電池堆”中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的電能直接進(jìn)入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

03  車(chē)輛運(yùn)行模式


純電動(dòng)模式：該模式是指在較低車(chē)速時(shí)或較小功率輸出時(shí)，動(dòng)力電池提供能量驅(qū)動(dòng)電機(jī)，F(xiàn)CS不啟動(dòng)不參與工作。

FCS（燃料電池系統(tǒng)）+動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)模式：該模式是指在較高車(chē)速時(shí)或較大功率輸出時(shí)，F(xiàn)CS與動(dòng)力電池同時(shí)供電，F(xiàn)CS輸出電壓通過(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器與動(dòng)力電池向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量。

FCS（燃料電池系統(tǒng)）+動(dòng)力電池充電模式：該模式是指當(dāng)車(chē)輛正常行駛時(shí)，F(xiàn)CS工作，輸出電壓通過(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，同時(shí)給動(dòng)力電池充電。

純FCS（燃料電池系統(tǒng)）模式：該模式是指當(dāng)車(chē)輛以較高車(chē)速勻速行駛時(shí)，F(xiàn)CS工作，輸出電壓通過(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，動(dòng)力電池不工作。
再生制動(dòng)模式：該模式是指車(chē)輛在下坡或減速時(shí)，剎車(chē)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)能量回收，其本質(zhì)是電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率超過(guò)電機(jī)的電源頻率，電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能通過(guò)逆變器的反向續(xù)流二極管給動(dòng)力電池充電。

駐車(chē)充電模式：該模式是指當(dāng)車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間駐車(chē)怠速時(shí)，動(dòng)力電池的SOC下降到電腦設(shè)定的閥值時(shí)，F(xiàn)CS啟動(dòng)工作，輸出電壓通過(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器給動(dòng)力電池充電。

04  電堆系統(tǒng)構(gòu)成



現(xiàn)代NEXO的電堆系統(tǒng)由440個(gè)燃料電池單體組成，電壓范圍在250V-440V之間，通常，質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行需要一系列輔助設(shè)備與之共同構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電堆、氫氧供應(yīng)系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電能變換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等構(gòu)成。電堆是發(fā)電系統(tǒng)的核心。發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)氣體氫氣和氧氣分別通過(guò)調(diào)壓閥、加濕器(加濕、升溫)后進(jìn)入電堆，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生直流電，經(jīng)穩(wěn)壓、變換后供給負(fù)載。電堆工作時(shí)，氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的水由陰極過(guò)量的氧氣(空氣)流帶出。未反應(yīng)的(過(guò)量的)氫氣和氧氣流出電堆后，經(jīng)汽水分離器除水，可經(jīng)過(guò)循環(huán)泵重新進(jìn)入電堆循環(huán)使用。


05  動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)



現(xiàn)代NEXO的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器、雙向高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器等部件構(gòu)成，與燃料電池系統(tǒng)（FDS）一起集成于發(fā)動(dòng)機(jī)艙。這臺(tái)永磁同步電機(jī)的最大功率為120kW（163Ps），峰值扭矩為395 N•m，各項(xiàng)性能參數(shù)均比上一代有所提升。雙向高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的功能是將氫燃料電池產(chǎn)生的電能進(jìn)行降壓，儲(chǔ)存于動(dòng)力電池內(nèi)，也可以將動(dòng)力電池中的電能進(jìn)行升壓，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量。

06  動(dòng)力電池系統(tǒng)

現(xiàn)代NEXO搭載了1.56 kW•h的動(dòng)力電池組，該動(dòng)力電池組在不同模式下發(fā)揮著不同的作用，在較高車(chē)速時(shí)或較大功率輸出時(shí)，F(xiàn)CS與動(dòng)力電池同時(shí)供電，F(xiàn)CS輸出電壓通過(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器與動(dòng)力電池向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量。當(dāng)車(chē)輛正常行駛時(shí)，F(xiàn)CS工作，輸出電壓通過(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，同時(shí)給動(dòng)力電池充電。當(dāng)車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間駐車(chē)怠速時(shí)，動(dòng)力電池的SOC下降到電腦設(shè)定的閥值時(shí)，F(xiàn)CS啟動(dòng)工作，輸出電壓通過(guò)直流升壓轉(zhuǎn)換器給動(dòng)力電池充電。

07  儲(chǔ)氫系統(tǒng)


現(xiàn)代NEXO一共搭載了3個(gè)儲(chǔ)氫罐，分別放置在后排座椅下方以及后備箱地板下方。3個(gè)儲(chǔ)氫罐總?cè)莘e為157L，比起上一代車(chē)型搭載的2個(gè)儲(chǔ)氫罐，個(gè)數(shù)多了一個(gè)，但整個(gè)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的重量卻比上一代車(chē)型減少了16.5kg，有效提高了氫重量在整體燃料系統(tǒng)重量里的比率。

儲(chǔ)氫罐采用碳纖維制造，其強(qiáng)度較鋼鐵材質(zhì)高10倍，可承受高壓狀態(tài)，采用緩沖碰撞力的裝置以及長(zhǎng)時(shí)間承受火焰的特殊涂覆技術(shù)，還經(jīng)過(guò)諸多嚴(yán)苛安全測(cè)試和12000次的875bar加氫測(cè)試




注：文章中引用數(shù)據(jù)和圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)