燃料電池汽車也可以算作電動汽車，但你可以在五分鐘內(nèi)給電池灌滿燃料，而不是等上幾個小時來充滿電。燃料電池汽車也是電動汽車，只不過“電池”是氫氧混合燃料電池。和普通化學電池相比，燃料電池可以補充燃料，通常是補充氫氣。一些燃料電池能使用甲烷和汽油作為燃料，但通常是限制在電廠和叉車等工業(yè)領域使用。

燃料電池汽車（ FCV） 是一種用車載燃料電池裝置產(chǎn)生的電力作為動力的汽車。車載燃料電池裝置所使用的燃料為高純度氫氣或含氫燃料經(jīng)重整所得到的高含氫重整氣。與通常的電動汽車比較， 其動力方面的不同在于FCV 用的電力來自車載燃料電池裝置， 電動汽車所用的電力來自由電網(wǎng)充電的蓄電池。因此， FCV 的關鍵是燃料電池。

專為車輛使用而設計的燃料電池系統(tǒng)，須在重量、體積、功率密度、起動和瞬態(tài)響應等方面與現(xiàn)今基于內(nèi)燃發(fā)動機的車輛相類似。同時其他方面的要求也很高，如快速起動、急加速、良好的燃料經(jīng)濟性、便于檢修以及對燃料加注的安全處理的考慮。成本和預期壽命也很重要。

為了使基于燃料電池的驅動系統(tǒng)高效率、高性能，需要有良好的系統(tǒng)架構和控制策略。圖16-7是一介典型的燃料電池汽車系統(tǒng)。燃料（汽油或柴油）在燃料處理器（又稱為重整器）中加工處理，以獲得所需的氫氣作為燃料電池堆的輸入。燃料電池所需的氧氣通常來自外部空氣。在燃料電池堆里，氫氣和氧氣結合產(chǎn)生直流電和熱。燃料電池堆的輸出電壓由功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，以得到逆變器所需的電壓。逆變器將直流電變換為電壓可變和頻率可變的交流電，供給驅動電機。蓄電池或超級電容器通常被接在燃料電池系統(tǒng)上，以提供補充功率和起動系統(tǒng)。一個完整的燃料電池系統(tǒng)由以下部件的一部分組成：

圖16-7 典型的燃料電池汽車驅動系統(tǒng)

1）重整器將燃料轉化成富含氫氣的氣體。如果直接使用氫氣，那么就需要一個壓縮氫氣儲罐。

2）燃料電池動力部分。由燃料電池堆組成，在其中氫氣和氧化劑混合產(chǎn)生直流電和熱。

3）空氣壓縮機，它為燃料電池提供加壓的氧氣。

4）冷卻系統(tǒng)，用來保持適當?shù)墓ぷ鳒囟取?/p>

5）水管理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)中的濕度與水分（既要保持燃料電池膜飽和濕度，同時防止在陰極積水）o

6）功率調(diào)節(jié)器，以調(diào)節(jié)燃料電池堆的輸出電壓。

7）逆變器，將直流電變換為電壓可變和頻率可變的交流電供給驅動電機。

8）驅動電機和傳動裝置。

9）蓄電池和超級電容器，提供補充功率和起動系統(tǒng)。

圖16-8是含有一組蓄電池和一個功率調(diào)節(jié)器的燃料電池驅動系統(tǒng)。蓄電池單元和燃料電池堆為驅動系統(tǒng)提供所需的動力。加果動力裝置所需的電壓比燃料電池的電壓高，那么功率調(diào)節(jié)器必須把燃料電池堆的電壓提高到大約300V的蓄電池電壓。同時，功率調(diào)節(jié)器也可為動力蓄電池充電。

功率調(diào)節(jié)器功率的選擇是基于燃料電池堆的最大功率容量。在燃料電池堆輸出端需要接一個二極管，用來防止負電流進入燃料電池堆。如果讓負電流流人，那么會導致電池反相和損壞燃料電池堆。功率調(diào)節(jié)器內(nèi)部功率器件的開關作用所造成的燃料電池堆輸出電流的紋波要比較低。功率調(diào)節(jié)器控制燃料電池堆給負載提供的輸出功率。功率命令與所需求的功率成正比，除以蓄電池電壓后得到參考電流。參考電流與實測電流相比較，差值經(jīng)比例積分控制器，得圖16-8

燃料電池轉換器控制系統(tǒng)到控制功率調(diào)節(jié)器輸出功率的占空比。通過控制燃料電池堆的輸出電流來控制燃料電池的輸出功率。直接控制燃料電池堆的輸出電流是因為重整器的產(chǎn)氫量（在直接以氫氣為燃料的系統(tǒng)中指堆的氫氣輸入量）可以較好地控制，在該控制方案中，在給定壓力和溫度下，燃料電池堆輸出的電流恒定，輸出電壓也是恒定的，從而輸出功率保持不變。因此功率調(diào)節(jié)器的輸出功率也是不變的。

這種方案避免了輸入到燃料電池堆的燃料大幅變化。此外，能保持恒流負載對燃料電池運行是非常理想的，功率調(diào)節(jié)器的恒功率輸出對燃料電池混合動力汽車的運行是最佳的。燃料電池可以被設計用于負荷分擔式工作或里程延長式工作。里程延長型燃料電池的功率較小，僅給電池充電。蓄電池則要能夠提供全部功率。由于在欠負荷區(qū)燃料電池單元具有良好的效率特性，使得較小蓄電池與滿功率燃料電池堆組合的系統(tǒng)更具吸引力。然而，如果成本是關注的主要問題，那么較小的燃料電池和較大的蓄電池組合則是較好的選擇。在這種。隋況下，可以使用固體氧化物燃料電池取代質(zhì)子交換膜燃料電池，燃料電池的起動時間和響應時間都不成為主要問題。

圖16-9給出了一個當蓄電池組的電壓低于逆變器宜流母線電壓時的系統(tǒng)結構圖c蓄電池組通過一個DC7DC變換器連接到逆變器的直流母線上。當車輛起動時，蓄電池組通過提高蓄電池組電壓為驅動電機供電。在車輛急加速時，由燃料電池和蓄電池共同為驅動電機供電。當車輛達到穩(wěn)定速度時，僅燃料電池就可提供驅動能量（它也為蓄電池充電）。在這種

圖16—9 帶有低壓蓄電池和DC/DC變換器的燃料電池系統(tǒng)

情況下，DC/DC變換器工作在降壓模式，在再生制動過程中，蓄電池充電，燃料電池不輸出能量，豐田燃料電池汽車使用了類似的結構。