汽车|现代燃料电池汽车NEXO技术分析( 二 ) |电池|燃料电

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03、车辆能量流分析
NEXO车辆通过燃料电池总成输送电能给驱动电机，其驱动方式是通过氢气与氧气在燃料电池堆内发生反应，利用化学反应产生出的电能来带动驱动电机，最终驱动车辆行驶，同时反应产生的其他剩余电能可以存入储能动力电池组内。车辆的动力系统能量流向路径如下图所示，具体的步骤如下：

氧气经过空气压缩机和加湿器后进入电堆，氢气从氢罐经过减压阀和氢喷后进入电堆，氢气和氧气在燃料电池中发生化学反应生成水和电能；
动力电池根据整车需求功率和电堆当前输出功率，通过BMS控制动力电池充/放电，已满足驱动需求；
电堆生成的电能和动力电池的电能经过高压配线盒耦合后，提供MCU使用；
燃料电池内反应产生的水排出车辆外，整个过程实现了无污染零排放。

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现代汽车相对丰田公司要保守许多，在SAE PAPER上鲜有文章发表，燃料电池车NEXO技术类的文章难以查询，丰田对旗下燃料电池车MIRAI却发表了好几篇详细的技术文章，笔者浏览了国内外大量文章和资料，尽可能的分析出NEXO系统的关键部件特点。
燃料电池车的核心在于燃料电池发动机系统，其余驱动系统及动力电池系统与EV、PHEV相差不大， NEXO燃料电池车包含六大关键系统，分别是电堆系统、附件（BOP）系统、FCU系统、动力驱动系统、动力电池系统、储氢系统。

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04、电堆系统
NEXO车辆的电堆系统是由数百个单体组成， NEXO的电堆包含440个燃料电池单体，电压范围在250-440V之间，每个单体包含双极板、气体扩散层和质子交换膜。氢气和氧气在电堆中发生化学反应，产生电能和热，未完全反应的氢气会再循环，以提高氢气利用率。因此电堆系统需要高效的供氢系统、供空气系统和热管理系统。

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05、BOP系统
NEXO车辆附件系统包含供氢系统、供空气系统和热管理系统。供氢系统包含氢气截止阀、氢气供应阀、氢喷、吹扫阀、压力阀、排水阀等部件。以氢喷为例，氢喷作用有两个方面，一是将氢气减压输入到电堆，二是将未反应的氢气再循环。
供空气系统包括空滤、空气流量传感器、空气压缩机及控制器、加湿器、空气截止阀、压力控制阀、消音器等部件。 NEXO采用外部加湿法，使用加湿器对高压空气加湿，空气压缩机的作用是提供适量的流量/压力的空气到电堆系统。由于电堆产生大量热，因此需要更为高效的热管理系统，包含高压水泵、温度控制阀、旁通阀、阴极氧消耗加热器（COD加热器）、去离子器、散热器等部件。其中COD加热器的作用是消耗电堆中残余的氢气和氧气以提高电堆耐久性，在低温环境下加热电堆，以提高电堆环境适应性；去离子器作用是清除冷却液中的离子。

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06、FCU系统
与丰田燃料电池车Mirai不同的是，车辆没有VCU控制单元。 NEXO车辆将整车控制器和电堆控制器（FCU）集成一体,通过CAN信号与BMS（电池控制器）、SVM（电堆电压控制器）、BPCU（空气压缩机控制器）、MCU（电机控制器）等控制器通信。 FCU主要功能是控制燃料电池系统启停、输出、供氢供空气、失效保护等、控驱动力/制动力输出分配、空调系统控制等方面。