หลักการทำงานและแนวโน้มการพัฒนา
ของรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง
I. บทนำเกี่ยวกับยานยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
FCEV ใช้ไฟฟ้าในการขับเคลื่อนมอเตอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับยานยนต์ไฟฟ้าอื่นๆ FCEV ใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในการสร้างไฟฟ้าแทนที่จะใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียว ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบยานยนต์ ผู้ผลิตยานยนต์จะกำหนดกำลังของยานยนต์ตามขนาดของมอเตอร์ ซึ่งรับพลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงและชุดแบตเตอรี่ที่มีขนาดเหมาะสม แม้ว่าผู้ผลิตยานยนต์สามารถออกแบบ FCEV ที่มีฟังก์ชันปลั๊กอินเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ได้ แต่ในปัจจุบัน FCEV ส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่เพื่อกู้คืนพลังงานจากการเบรก ให้พลังงานเพิ่มเติมในระหว่างเหตุการณ์เร่งความเร็วระยะสั้น และปรับกำลังที่เซลล์เชื้อเพลิงให้ราบรื่นโดยเลือกให้เซลล์เชื้อเพลิงทำงานขณะเดินเบาหรือปิดเครื่องเมื่อมีความต้องการพลังงานต่ำ FCEV ใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ที่เก็บไว้ในถังเชื้อเพลิงของยานยนต์เป็นเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิม ซึ่งสามารถเติมเชื้อเพลิงได้ในเวลาไม่ถึง 4 นาทีและมีระยะทางวิ่งมากกว่า 500 กม. FCEV ไม่ปล่อยไอเสียที่เป็นอันตราย แต่ปล่อยไอน้ำและอากาศร้อนเท่านั้น รูปที่ 1 แสดงส่วนประกอบหลักของยานยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
(1) แบตเตอรี่เสริม: ในยานพาหนะไฟฟ้า แบตเตอรี่เสริมแรงดันต่ำจะจ่ายไฟเพื่อสตาร์ทรถยนต์ก่อนที่แบตเตอรี่ขับเคลื่อนจะเข้าทำงาน และยังจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เสริมของรถยนต์อีกด้วย
(2) ชุดแบตเตอรี่: แบตเตอรี่แรงดันสูงนี้จะจัดเก็บพลังงานที่สร้างขึ้นจากการเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่ และจ่ายพลังงานเสริมให้กับมอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้า
(3) ตัวแปลงไฟฟ้ากระแสตรง/ไฟฟ้ากระแสตรง (DC/DC): อุปกรณ์นี้จะแปลงไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงจากชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าเป็นไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่ำที่จำเป็นต่อการใช้งานอุปกรณ์เสริมของรถยนต์และชาร์จแบตเตอรี่เสริม
(4) มอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้า: มอเตอร์นี้ใช้พลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงและชุดแบตเตอรี่เพื่อขับเคลื่อนล้อ รถยนต์บางคันใช้มอเตอร์-เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบบูรณาการซึ่งทำหน้าที่ทั้งขับเคลื่อนและฟื้นฟูพลังงาน
(5) เซลล์เชื้อเพลิง: ส่วนประกอบที่ใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนในการผลิตไฟฟ้า
(6) ช่องเติมเชื้อเพลิง: หัวฉีดบนตู้จ่ายเชื้อเพลิงจะเชื่อมต่อกับช่องรับบนรถผ่านทางช่องเติมเชื้อเพลิงเพื่อเติมเชื้อเพลิงให้กับรถยนต์
(7) ถังเชื้อเพลิง (ไฮโดรเจน): ไฮโดรเจนจะถูกเก็บไว้บนยานพาหนะ
(8) ตัวควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้า FCEV: อุปกรณ์นี้จัดการพลังงานที่ส่งโดยเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่พลังงาน โดยควบคุมความเร็วของมอเตอร์ขับเคลื่อนและแรงบิดที่ผลิตขึ้น
(9) ระบบการจัดการความร้อน (การระบายความร้อน): ระบบนี้จะรักษาช่วงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง มอเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และส่วนประกอบอื่นๆ
(10) ระบบส่งกำลัง: ระบบส่งกำลังถ่ายโอนพลังงานกลจากมอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้าไปยังล้อ
