NEX
O
是现代
第二代燃料电池电动汽车，对发动机舱盖下的电机
、驱动单元和燃料电池堆进行优化和高度集成，不但让系统体积和重量都有所下降，还把系统效率大幅度提高到了60%，输出功率也从129马力提高到了154马力，提高了车辆的续航里程和加速能力。
现代NEXO与上一代ix35 FCEV技术性能对比如表所示：
01、动力系统构型分析
NEXO车辆采用了燃料电池和动力电池两种能量源相结合的组合方式，属于电-电混合的动力系统构型，现代NEXO将燃料电池发动机、驱动系统集成在在一起，放置于汽车的发动机舱，是整套系统最核心的部件。高压电池系统放置于车身尾部，采用了40KW锂电池组，240V电压，可以纯电驱动提升续航里程，同时也起到预热车辆、回收能量等作用。
NEXO采用的三个相同的储氢罐设计，不但意味着NEXO储氢系统的储氢能力稍有提升，同时也使其布局更加灵活方便，既可以与电池等系统配合为后备箱腾出更大的空间，设计更规整的内部形状，又能大幅度降低整个系统的制造难度。
根据动力系统构型方案分析，车辆可以实现至少六种工作模式，分布是纯电动模式、FCS+动力电池驱动模式、FCS+动力电池充电模式、纯FCS模式、再生制动模式、驻车充电模式。
纯电动模式是指在较低车速时仅有动力电池提供能量驱动，FCS系统不启动不参与；FCS+动力电池驱动模式是指在较大功率需求时，燃料电池和动力电池同时供电，通过逆变器向驱动电机提供动力输出；FCS+动力电池充电模式是指在正常行驶时，燃料电池输出，给动力电池充电，同时通过逆变器向驱动电机提供动力输出；纯FCS模式是指在较高车速匀速行驶时，仅有FCS系统提供能量驱动车辆，动力电池既不充电也不放电；再生制动模式是指下坡和减速时，驱动电机通过逆变器向动力电池回收能量；驻车充电模式是指长时间驻车怠速，电池SOC下降到一定阈值，FCS系统启动，给动力电池充电。
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：
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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；
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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；
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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；
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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。
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。
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。
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。
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。
NEXO动力系统包含电机、MCU、减速器、BHDC等部件，中BHDC为电池高压DCDC，其作用是对动力电池输出输入电流的增压降压，其动力驱动系统与电动汽车、混合动力汽车基本相同，只是集成度做的真不错，当然这是另一个话题，电堆和驱动总成可以放置在前舱布置的恰到好处，具体原理在此不赘述。
NEXO车辆配置了1.56千瓦时的动力电池组，与燃料电池分别起着不同的作用，在整车负载低的时候可以单独用动力电池给驱动电机供电，带动车辆前进，而燃料电池堆栈也可以通过发电给动力电池充电，动力电池把燃料电池堆产生的剩余电能储存起来，供后续车辆急加速使用和车载用电器使用。当车辆有较大的加速动力需求的时候，动力电池辅助燃料电池总成，两者联合向驱动电机供电，实现双重供电满足动力需求。当车辆减速行驶的时候，驱动电机转化为发电机来回收动能，电能直接回馈输送到动力电池组内储存起来。
NEXO配备了3个储氢罐加满体积为52.2L的氢气，储氢系统质量111kg，提高了氢重量在整体燃料系统重量里的比率。NEXO采用的三个相同的储氢罐设计，不但意味着NEXO储氢系统的储氢能力稍有提升，同时也使其布局更加灵活方便，既可以与电池等系统配合为后备箱腾出更大的空间，设计更规整的内部形状，又能大幅度降低整个系统的制造难度；NEXO的储氢罐使用了一种具有优异抗渗性的新材料，通过高压气体释放装置来满足可燃性要求，当火焰接触罐的任何部分而不只是释放装置时，它立即释放所有氢。该罐体还具有耐火性，可以承受超过一个小时的火灾，以保障发生事故时及时疏散。
文章介绍了燃料电池NEXO车辆的整车、系统的基本特点和工作原理，谈不上深度，只为行业爱好者普及一下先进燃料电池车辆基本知识。其实有这种想法也是看到一汽技术人员在《汽车文摘》发表的“丰田燃料电池汽车Mirai技术分析”后，感觉应该把NEXO车辆的技术特点总结一下。其实无论是丰田Mirai也好，还是现代NEXO也罢，其技术先进程度远远领先我国，尤其是在细节的设计上。也许这是一个系统的工程，氢燃料的安全性太重要了，国外几台车不仅在电堆技术有独特之处，在整车布置、安全等方面也是全面考虑。国家能源局综合司把氢能列入可再生能源发展“十四五”规划，可见燃料电池车未来还是很值得期待的。
2021年9月23日 16:15
