内容发布更新时间 : 2024/12/27 19:59:17星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

研究燃料电池电动汽车动力传动系统关键技术

,蓄电池为辅助能量来源。汽车需要的功率主要由燃料电池提供。可以说, 车用燃料电池的选取,对于燃料电池汽车的性能至关重要。

本文介绍了燃料电池汽车动力传统技术发展概况,围绕燃料电池电动汽车动力 传动拓扑架构、多源系统管理和动力系统配置与仿真优化技术等关键技术开展 了详细论述。

2 动力传动系统拓扑构架设计

燃料电池汽车的运行并不是一个稳态情况,频繁的启动、加速和爬坡使得汽车 动态工况非常复杂。燃料电池系统的动态响应比较慢,在启动、急加速或爬陡坡 时燃料电池的输出特性无法满足车辆的行驶要求。在实际燃料电池汽车上,常常 需要使用燃料电池混合电动汽车设计方法,即引入辅助能源装置(蓄电池、超级 电容器或蓄电池十超级电容器)通过电力电子装置与燃料电池并网,用来提供峰 值功率以补充车辆在加速或爬坡时燃料电池输出功率能力的不足。另一方面,在 汽车怠速、低速或减速等工况下,燃料电池的功率大于驱动功率时,存储富余的 能量,或在回馈制动时,吸收存储制动能量,从而提高整个动力系统的能量效率。 2.1 直接燃料电池混合动力系统结构

直接燃料电池混合动力系统式结构中采用的电力电子装置只有电机控制器,燃 料电池和辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口。如丰田的 FCHV-4[16], FIAT-Elettra[17]和日产 X-TrailFCV[12]等都采用这种类似的结构设计。 辅助动力装置扩充了动力系统总的能量容量,增加了车辆一次加氢后的续驶里 程;扩大了系统的功率范围,减轻了燃料电池承担的功率负荷。许多插电混合的 燃料电池汽车也经常采用这样的构架,美国 Ford 公司 Edge Plug-in 燃料电池轿车 和 GM 公司 Volt Plug-in 燃料电池车[18]。这种插电式混合动力汽车将有效的减

少氢燃料的消耗。另外,辅助动力装置的存在使得系统具备了回收制动能量的能 力,并且增加了系统运行的可靠性。燃料电池和辅助动力装置之间对负载功率的 合理分配还可以提高燃料电池的总体运行效率[4]。

在系统设计中,可以在辅助动力装置和动力系统直流母线之间添加了一个双向 DC/DC 变换器。使得对辅助动力装置充放电的控制更加灵活、易于实现。由于 双向 DC/DC 变换器可以较好地控制辅助动力装置的电压或电流,因此它还是系 统控制策略的执行部件。 2.2 并联式动力系统结构

另一种构架是并联式的燃料电池混合动力系统的结构。这种构建通常在燃料 电池和电机控制器之间安装了一个 DC/DC 变换器,燃料电池的端电压通过 DC/DC 变换器的升压或降压来与系统直流母线的电压等级进行匹配。这种系统 与上述构架不同之处还在于,这种动力系统的设计没有考虑能量的回馈回收,因 此系统虽然简单,但效率比较低下。

尽管系统直流母线的电压与燃料电池功率输出能力之间不再有耦合关系,但 DC/DC 变换器必须将系统直流母线的电压维持在最适宜电机系统工作的电压点 (或范围),对于交流电机驱动系统,通常还需要安装一个 DC/AC 转换器。目前这 类构架系统只在一些小型或者实验的车上使用,如 2002 年通用汽车公司开发的 Autonomy 和 Hy-wire 两种车都是基于该中构架的[10]。2008 年,同济大学-蒂森 克虏伯联合实验室采用这种架构开发了小型燃料电池汽车[19],并研究了燃料电 池电堆系统对整车性能的影响。

3 燃料电池汽车多能源系统管理与优化

燃料电池不适合作为动力系统的单一驱动能源,必须选用辅助能源系统合理补 充驱动电动汽车所需的能量,覆盖功率波动,提高峰值功率,吸收回馈能量,改善燃 料电池输出功率的瞬态特性。目前各大汽车开发商采用了辅助动力,来提高燃料 电池汽车的性能(表 1 所示)。tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供

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