本田的氢燃料电池动力总成

1. 动力总成系统应用

如图1所示，Clarity的动力系统由电力驱动系统、燃料电池系统和lion组成
蓄电池系统、高压供氢系统。发电所需的组件已经分散在整个车辆中。每个组件的尺寸都缩小了，布局最大限度地利用了这一点。从燃料电池堆开始，每个组件都需要电力Generation的大小已经减小。其结果是，动力总成的尺寸和重量都有所减小，重量输出密度是之前FCX动力总成的两倍，体积输出密度是之前FCX动力总成的2.2倍(图2)，并实现了宽敞的全客舱在传统的往复式发动机车辆中不可用。

图1:FCX Clarity动力总成布局

重量输出密度kW/kg

图2:本田动力总成的演变

燃料电池组产生的高功率和锂离子电池提供的动力辅助使新的动力系统能够通过大功率电机输出强大的驱动力。

电机扭矩连续，无需换挡，从起飞到高速，整个行驶范围内的平稳，强大和连续可扩展的加速，实现了无与伦比的驾驶感觉。

2. 电力拖动装置

一种新配置的电力驱动系统，包括驱动电机、减速箱和动力驱动单元(Power Drive Unit, PDU)，是为了实现强大的加速，提高最大速度和更紧凑的车辆包装而开发的(表1)。

驱动电机转子磁体采用了独特的形状和定位。低铁芯损耗磁钢板在定子中的应用降低了高速下的损耗，槽形的优化提高了其层合系数，降低了磁线中的电阻。这些创新使高功率、高扭矩、高速度和高效率得以实现。电机的最大功率已从80千瓦增加到100千瓦，这种水平的输出可以保持高速行驶，提供舒适的超车加速(图3)。

此外，驱动电机和减速箱采用同轴配置，并将电机与PDU集成在一起，使电机的长度缩短162mm高度为240毫米(图4)。这些变化使车辆大胆而时尚的短鼻和斜鼻设计和宽敞的驾驶室得以实现。

表1 驱动电机性能比较

图3 输出和扭矩特性

图4 驱动电机和动力驱动单元的演变

3. 燃料电池系统

开发了一种新型配置的燃料电池系统，实现了只有燃料电池汽车才能实现的全客舱。之前的本田FC堆叠采用了氢和氧水平流入电池的结构。在V流FC堆叠中使用的新配置中，氢和氧垂直流动(图5)。这使得系统能够利用重力平稳地排出在生成表面产生的水。排水能力的增强使流道的高度降低了17%，有助于减轻重量和提高密实度。V Flow FC层叠采用波浪通道流动分离器，以帮助确保向发电表面内部均匀供应氢气、氧气和冷却剂。冷却剂水平流动，穿过垂直流动的氢和氧通过流动通道(图6)通过这种方法实现的生成表面的均匀冷却使得每个电池所需的冷却层数量减少了一半。系统内部结构的演变使得以前的两箱配置被一箱所取代。因此，与之前的堆叠相比，堆叠的尺寸和重量都减小了，从而实现了100 kW的最大功率。新型FC堆叠的体积输出密度比旧堆叠高50%，重量输出密度比旧堆叠高67%，而且更轻、更紧凑(图7)。

图5 氢气流动对比

图6 波浪流道分离器详图

图7 本田燃料电池堆的演变

低温起动性能也得到了提高。上述单位的尺寸和重量的减少减少了大约40%的热容量。这提高了热身的性能。Clarity在-20°C启动时达到50%输出所需的时间是之前FCX所需时间的四分之一，并且车辆也能够在-30°C启动(图8)。

图8 冷启动性能

传统的两盒本田FC堆叠配置已经集中到一个盒子配置，使得连接堆栈的组件被简化或消除。此外，采用一箱配置，使供氢系统、加湿系统、接触器纵向集成，使燃料电池系统箱的面积比以前的型号减少了65%。这使得燃料电池系统能够定位在中央隧道中，从而实现了宽敞的客舱、低地板和低整体客舱高度(图9)。

图9 本田动力系统对比

来源 | 氢燃料电池系统

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原文始发于微信公众号（氢能与燃料电池小课堂）：本田的氢燃料电池动力总成