10kW 水 冷 FC 观 光 车 初 步 方 案
山 东 氢 探 新 能 源 科 技 有 限 公 司
山东氢探新能源科技有限公司
目录
1.1.
1.2.
2.1.
2.2.
1 整车设计 ................................................................................................................................... 1
车辆初步选型 ........................................................................................................... 1
动力系统工作原理 ................................................................................................... 2
2 燃料电池系统选型 ................................................................................................................... 2
电堆 ........................................................................................................................... 2
供氧系统 ................................................................................................................... 3
2.2.1. 风机: ............................................................................................................... 3
2.2.2. 流量计 ............................................................................................................... 3
2.2.3. 加湿器 ............................................................................................................... 3
2.2.4. 背压阀 ............................................................................................................... 3
供氢系统 ................................................................................................................... 4
2.3.1. 进氢阀 ............................................................................................................... 4
2.3.2. 进氢比例阀 ....................................................................................................... 4
2.3.3. 氢气循环泵 ....................................................................................................... 4
散热系统 ................................................................................................................... 4
2.4.1. 水泵 ................................................................................................................... 4
动力供电部件(初估) ........................................................................................... 4
2.5.1.
DCDC ................................................................................................................. 5
2.5.2. 锂电池 ............................................................................................................... 5
3 系统工作流程 ........................................................................................................................... 5
燃料电池系统工作流程 ........................................................................................... 5
整车工作流程 ........................................................................................................... 6
3.1.
3.2.
2.3.
2.4.
2.5.
II
山东氢探新能源科技有限公司
1 整车设计
1.1. 车辆初步选型
根据应用场景需求,选用 11 座电动观光车进行改装,车辆原始外观参考如
下:
原始车辆参数:
项目
外形尺寸
驾驶方式
传动比
轴距
座位数
最高车速
整备质量
驱动电机类型
驱动电机功率
动力电池种类
续航里程
参数
5200mm*1500mm*2030mm(约)
手动驾驶
1:7.8
2860mm
4 排 11 人
30km/h
1300kg
永磁同步电机
5kW
铅酸电池
80~100km
1
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1.2. 动力系统工作原理
2 燃料电池系统选型
2.1. 电堆
参数名称
电堆功率
数值
单位
KW
备注
2
电堆DCDC锂电池动力电机散热器加热器节温器去离子器水泵氢气循环泵气水分离器排氢阀排水阀背压阀加湿器流量计供氧风机空气过滤器安全阀比例阀进氢阀瓶口阀减压阀减压阀排空氢瓶
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电堆片数
电堆尺寸
电堆重量
电压范围
燃料电池效率
氢气接口
空气接口
冷却接口
电堆运行温度
环境温度
电堆启动温度
海拔高度
氢空压差
2.2. 供氧系统
cells
mm
kg
v
%
mm
mm
kpa
°C
°C
°C
m
kPa
需保障 600L/min 以上空气流量。
2.2.1. 风机:
类型
工作电压
功率范围
压力
空气流量
空气质量
2.2.2. 流量计
供电电压
空气质量范围
输出电压(±0.002V)
工作电流
长期稳定性
响应时间
2.2.3. 加湿器
最大流量
重量
寿命
工作温度
最大工作压力
2.2.4. 背压阀
背压控制,节气门电机控制方式
无刷直流风机
52Vdc
0~1000W
15kPa
40L/s
2.21kg
24V/5V dc
0-480KG/h
1-5 VDC
50-120 mA
±0.5%FS/year
<20ms
300~6300sLPM
3kg(干燥时)
>10000 小时
-30~110℃
3.0Bar
3
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供电电压
工作温度
使用压力
2.3. 供氢系统
18~32Vdc
-40~105℃
20~180Kpa
按中压 5bar,低压 0.5bar 计算,需保障 180L/min 以上的流量。
2.3.1. 进氢阀
Kv 值
最大压力
接口
流通孔径
供电
2.3.2. 进氢比例阀
Kv 值(最大)
最大压力
最大压差
接口
流通孔径
供电
2.3.3. 氢气循环泵
流量
电机转速
工作电压范围
最大工作电流
压升
2.4. 散热系统
0.6
16bar
G3/8
6.0mm
24VDC, 14W
0.25
10bar
5bar
G3/8
4.0mm
24VDC, 16W
0~200L/min
2500~25000rpm
60~95Vdc
7A
0~15kpa
散热功率按 10kW,散热器直接按散热功率选型采购,水流量保障在 36L/min
以上。
2.4.1. 水泵
额定电压
工作电压范围
输入功率
最大流量
最大扬程
最大输入电流
2.5. 动力供电部件(初估)
24V DC
12-30 V
252W
100±15% L/min
24±1.5 m
14 A
4
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整车选用 48Vdc 的动力电,因此采用 10kW 的 DCDC 以及散热功率按 10kW,
锂电池采用 48V/120AH 及以上。
2.5.1. DCDC
输入电压
工作环境温度
输出电压
额定输出功率
通信形式
额定满载效率
保护
散热
2.5.2. 锂电池
电极电压
电池容量
尺寸重量参考值
保护
3 系统工作流程
3.1. 燃料电池系统工作流程
35~120Vdc
-30~55℃
42~59.5Vdc
11.2kW
CAN 总线通信
92%
输出过压、短路、恒流、过温保护
风冷散热,风道方向为前进后出
48Vdc(典型值)
130Ah(待定)
36×33×23cm,35kg
防反充,过温保护,短路保护,过流保护,过充
过放保护,过压保护,电池均衡
5
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1、开机上电自检:低压上电,传感器自检,故障机制启动,高压上电自检
2、系统待机:冷却系统状态判断与执行,零部件准备就绪,等待 VCU 指令
3、系统启动:系统 BOP 部件按给定怠速参数运行,电堆开始进入怠速状态,
监测零部件是否均工作正常。
4、系统运行:根据负载进行系统输出功率控制,实时进行 BOP 部件运行状
态调整。
5、系统关机:系统输出降至怠速,并进入电堆吹扫流程,等待电堆温度降
低至指定阀值。
6、紧急停机:断开输出,进入电堆吹扫流程,等待电堆温度降低至指定阀
值。
7、故障状态:记录故障等级及故障代码并上报,根据并根据故障等级进行
响应处理,若遭遇三级故障,则进入紧急停机流程。
3.2. 整车工作流程
6
ONPowerOn InspectionStandbyStart UpRunShutdownEmergency ShutdownTrigger 1Trigger 3Trigger 4Trigger 7Trigger 6Trigger 8FaultStateTrigger 6Trigger 5Trigger 2Trigger 2Trigger 5Trigger 9