关于燃料电池电动汽车传动系统的研究
燃料电池汽车溷合动力系统参数匹配与优化
燃料电池汽车混合动力系统参数匹配和优化燃料电池作为车用动力电源有效率高、污染小、动力传动系统结构简单等诸多优点，但在实际使用中也存在一些问题。
（1)燃料电池的输出特性偏软，作为车用电源，无法满足负载频繁剧烈的变化，因此必须在电机控制器和燃料电池之间增加必要的功率部件进行阻抗匹配。
（2)车用燃料电池作为单一电源其启动时间长，动态响应速度较慢，无法满足车辆运行过程中负载的快速变化需求；燃料电池功率密度较低、成本高，若仅以燃料电池满足峰值功率需求，势必会造成整备质量和成本的增加；无法吸收回馈能量，不能实现制动能量的回收。
在燃料电池发动机(FCE)和电机控制器之间增加峰值功率系统(PPS)，不仅可以吸收回馈能量、降低成本，而且可以弥补FCE启动时间长、动态响应差的缺点。
采用这种结构的动力系统称为燃料电池混合动力系统。
“燃料电池+动力蓄电池”是目前研发的燃料电池混合动力系统主要构型，主要有如图1所示4种结构。
结构(a)、(b)和(c)中，燃料电池和驱动系统都是间接连接，可以在一些特定条件下的场地车上使用，但受目前燃料电池技术水平的限制，这3种动力系统结构难以在功率需求和功率波动都比较大的车型上实现。
结构(d)的优点是：蓄电池可回收再生制动的能量和吸收燃料电池富裕的能量；蓄电池组作为燃料电池发动机的输出功率平衡器，调节燃料电池发动机的效率和动态特性，改善整车燃料经济性，提高动态响应速度。
图1 燃料电池混合动力系统结构对于本文所研究的燃料电池汽车，其车型的整车参数及动力性指标如表1所示。
表1 整车参数和设计性能要求2 燃料电池混合动力系统参数匹配2.1 电机参数设计目前，可用作车用驱动电机的有直流电机、交流感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机、开关磁阻电机等。
交流异步电机由于结构简单、坚固且控制性能好，被欧美国家广泛采用。
永磁同步电机和直流无刷电机能量密度和效率较高，在日本得到广泛使用。
开关磁阻电机使用较少。
电动汽车动力系统设计及仿真研究
电动汽车动力系统设计及仿真研究一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，电动汽车作为一种清洁、高效的交通方式，正受到越来越多的关注和追捧。
电动汽车动力系统是电动汽车的核心组成部分，其性能直接决定了电动汽车的动力性、经济性和环保性。
因此，对电动汽车动力系统的设计及仿真研究具有非常重要的意义。
本文旨在探讨电动汽车动力系统的设计原则、关键技术及仿真方法，并通过案例分析，为电动汽车动力系统的优化设计提供理论支持和实践指导。
我们将介绍电动汽车动力系统的基本组成和工作原理，分析当前电动汽车动力系统的发展趋势和挑战。
我们将详细讨论电动汽车动力系统的关键技术，包括电池技术、电机技术、控制技术等，并分析这些技术如何影响动力系统的性能。
我们将介绍电动汽车动力系统的仿真方法，包括建模、仿真和优化等步骤，并通过实例展示仿真技术在电动汽车动力系统设计和优化中的应用。
本文期望能够为电动汽车动力系统的设计者和研究者提供有价值的参考信息，推动电动汽车动力系统的技术进步和应用发展，为实现可持续交通和绿色发展做出贡献。
二、电动汽车动力系统基础知识电动汽车动力系统作为电动汽车的核心组件，决定了车辆的性能表现和行驶效率。
了解和掌握电动汽车动力系统的基础知识，对于研究和设计高性能的电动汽车至关重要。
电动汽车动力系统主要由电池组、电机、控制器和传动系统等部分组成。
电池组作为动力源，为电机提供直流电能。
电机则将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
控制器则负责调节电机的运行状态，以满足车辆加速、减速和制动等需求。
传动系统则负责将电机的动力传递到车轮上，使车辆得以行驶。
在电动汽车动力系统中，电池组的性能直接影响到车辆的续航里程和充电时间。
目前常见的电池类型包括锂离子电池、镍氢电池和燃料电池等。
其中，锂离子电池因其高能量密度、长寿命和较低的自放电率等优点，被广泛应用于电动汽车中。
电机作为电动汽车的驱动核心，其性能对车辆的动力性、经济性和舒适性等方面都有重要影响。
毕业设计(论文)-电动汽车燃料电池技术的研究[管理资料]
![毕业设计(论文)-电动汽车燃料电池技术的研究[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/66d9f72376eeaeaad0f33011.png)
学号 20110351442015届本科生毕业论文设计题目电动汽车燃料电池技术的研究作者姓名指导教师所在学院职业技术学院专业（系） 机械设计制造及为其自动化班级（届） 2011 级完成日期2015 年 5 月 4 日电动汽车燃料电池技术的研究摘要随着能源紧缺和环境污染问题的日益严重,社会对汽车的高效、清洁、经济和安全性提出了更高要求。
文章介绍了燃料电池车的历史、电动汽车的分类、燃料电池电动汽车技术、燃料电池分类、燃料电池技术当前存在并且急需要解决的问题、燃料电动汽车的发展前景等方面,分析了燃料电池电动汽车在发展与应用中需要解决的关键技术。
指出燃料电池作为一种新能源,以其高效能和零污染等优点日益受到重视,燃料电池电动汽车及其技术也得到了越来越广泛地应用和发展。
关键词：电动汽车；燃料电池；经济性；效率The electric car fuel cell technology researchAbstractWith the increasingly serious problem of energy shortage and environmental pollution, social on the car's efficient, clean, economic and security of proposed higher article introduces the current and urgent need to address the problem, fuel electric vehicle development prospects of fuel cell vehicle history, electric vehicle classification, fuel cell electric vehicle technology, fuel battery, fuel cell technology, analyzes the key techniques needed to be resolved in the development and application of fuel cell electric vehicle. It is pointed out that the fuel cell as a kind of new energy, to its high efficiency and zero pollution has attracted more and more attention. Fuel cell electric vehicle and its technology has been more and more widely application and development.Keywords：Electric vehicle ;Fuel cell ;Economy ;Efficienc目录1 绪论 (1)绪论综述 (1)燃料电池车的历史 (2)2电动汽车的分类 (3) (3)................................................................. (错误!未定义书签。
氢燃料电池与锂电池的混合动力系统研究
氢燃料电池与锂电池的混合动力系统研究氢燃料电池与锂电池的混合动力系统是目前新能源汽车领域备受关注的一个研究方向。
随着全球气候变暖和能源资源日益枯竭的问题日益突出，新能源汽车作为传统燃油汽车的替代品，已经成为全球汽车行业的发展趋势。
氢燃料电池和锂电池作为两种主要的动力源，各自具有一定的优势和局限性。
因此，将两者进行结合，利用它们各自的优势，以实现更高效、更环保的能源利用，已经成为研究者们共同关注的焦点。
为了深入研究氢燃料电池与锂电池混合动力系统的应用前景，我们需要首先了解这两种动力源的特点和优势。
氢燃料电池作为一种清洁能源，其主要原理是利用氢气与氧气在电解质膜中发生化学反应，产生电能驱动电动机运转，最终实现汽车的动力输出，同时产生的唯一副产品为水蒸气，不会产生任何有害气体排放。
而锂电池则是目前电动汽车中应用最为广泛的电池种类，其高能量密度、轻质化和可充电性使其成为了绝大多数电动汽车的首选动力源。
然而，氢燃料电池与锂电池各自也存在一些问题。
氢气的生产和储存存在较高的成本和安全风险，氢燃料基础设施的建设也相对薄弱；而锂电池的能量密度和充电时间仍然有待提高，而且锂资源的有限性也制约了它的广泛应用。
因此，将氢燃料电池与锂电池相结合，利用它们各自的优势互补，形成混合动力系统，可以有效克服它们各自的局限性，提高动力系统的整体性能。
氢燃料电池与锂电池混合动力系统的研究在实际应用中有着广阔的前景。
首先，混合动力系统可以在保持清洁高效的同时提高整车的续航里程。
氢燃料电池作为主要的动力源负责长途行驶过程中的动力输出，而锂电池则作为辅助动力源，在起步、加速等瞬间高功率输出时发挥作用，从而有效减少氢燃料电池的负荷，延长整车行驶里程。
其次，混合动力系统可以提高整车的能效，减少能源浪费。
氢燃料电池在稳定工作状态下能够更有效地将化学能转化为电能，而锂电池则可以充分利用动能储存器中的能量，减少能量转化的损耗，从而提高整车的能效。
丰田混合动力THS-II传动系统建模与分析
摘要：以丰田第二代油电混合系统为基础，剖析了其混合动力核心部件—动力分离装置，建立了其运动学和动力学模型。
通过引入无量纲的动力分离因子，描述了THS-II 系统的在不同工况下的功率流动。
关键词：混合动力；动力分离；行星齿轮；分离因子引言如今，燃油汽车的尾气已成为城市空气质量日益恶化的主要因素之一。
并且，伴随着石油资源的逐渐枯竭，迫切需要开发一种低排放、低能耗的新型汽车。
电动汽车正是其热门的发展方向和研究领域之一。
电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。
三种电动汽车均已投入实际使用。
但是纯电动汽车制约于其核心部件--电池的能量密度、寿命、成本等方面的因素而难以短期内商品化推广，而燃料电池汽车亦被类似因素困扰[1]。
混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的某些优点。
例如，借助蓄电池可实现比传统内燃机汽车小得多的尾气排放，而借助小排量发动机可实现比纯电动车远得多的续航里程[1]。
这对于解决当下的城市大气污染和能源问题最具现实意义。
混合动力汽车是指配备两个或两个以上动力源的汽车[2]，目前主要是指油电混合，即将传统的内燃机、电驱动装置和蓄电池结合在一起形成动力源。
1997年，THS（Toyota hybrid system）系统随着丰田公司的第一代混合动力汽车Prius的发布而面世。
Prius 优良的性能、很高的燃油经济性（日本10-15工况下耗油约为0.04L/km）和低排放使之风靡全球[3]。
随后，搭载改进版的THS-Ⅱ系统的第二代、第三代Prius也陆续上市畅销。
至今，Prius系列车型销量在世界混合动力汽车领域始终保持第一。
随着Prius的成功，国内外众多机构纷纷对Prius进行了多层次和多角度的分析和研究[4-6]。
1 丰田混合动力系统（THS-Ⅱ）简介THS-II系统主要由发动机、2个发电/发动机、动力分离装置、蓄电池、动力控制单元等组成[7]。
如图1所示，其符号说明如下：ICE：高压缩比阿特金森循环发动机，动力系统的主动力源。
新能源汽车的动力系统比较电动机vs燃料电池
新能源汽车的动力系统比较电动机vs燃料电池新能源汽车的动力系统比较：电动机 vs. 燃料电池随着环保意识的增强和能源资源的枯竭，新能源汽车正逐渐成为人们新的选择。
在新能源汽车的动力系统中，电动机和燃料电池被广泛应用。
本文将对这两种动力系统进行比较分析，探讨它们的优缺点，旨在为消费者提供更具参考价值的选择。
一、电动机动力系统电动机动力系统使用电能转换为机械能，推动汽车前进。
该系统主要由电池、电机、电控系统和传动装置组成。
优点：1. 零排放：电动机不使用燃料燃烧，无气体和废气排放，可有效减少空气污染，改善环境质量。
2. 低噪音：与传统内燃机相比，电动机运行时噪音更低，提供更舒适的驾驶体验。
3. 高效率：电动机具有高效能和高能量转化率，相对于燃料电池系统更加节能。
缺点：1. 续航里程受限：电动汽车的续航里程相对较短，每次充电后的行驶距离有限，目前充电设施的建设也相对欠缺。
2. 充电时间长：相比于传统加油站，充电时间较长，并需要经常寻找充电桩。
3. 电池寿命和维护成本：电动车使用的电池寿命有限，需要定期更换和维护，成本较高。
二、燃料电池动力系统燃料电池动力系统使用氢气和氧气反应产生电能，驱动电动机工作。
该系统主要包括氢气储存罐、氧气供应系统、燃料电池和电控系统。
优点：1. 长续航里程：燃料电池汽车续航里程相对较长，相对于电动汽车更加适用于长途旅行。
2. 快速加氢：与电动汽车相比，燃料电池汽车加氢时间更短，用户可以更快地进行加氢操作。
3. 绿色能源：燃料电池动力系统使用氢气和氧气反应产生电能，无污染物排放，对环境友好。
缺点：1. 氢气储存和供应不便：目前氢气储存和供应基础设施相对不完善，氢气供应链不够成熟，限制了燃料电池汽车的推广应用。
2. 价格贵：燃料电池动力系统的制造和维护成本相对较高，导致燃料电池汽车的售价相对昂贵。
3. 能源利用效率：燃料电池产生电能的过程中存在一定的能量损失，相对于电动汽车的能源利用效率较低。
燃料电池电动汽车动力传动系统技术
3
动力电池技术的挑战在于提高能量密度、降低成 本、提高安全性和解决充电基础设施的问题。
电机技术
01
电机是燃料电池电动汽车的驱动装置，其性能直接 影响车辆的动力性和效率。
02
永磁同步电机是目前常用的驱动电机类型，其具有 高效率、高转矩和高可靠性的优点。
03
电机技术的挑战在于提高效率和可靠性，降低成本 ，以及解决电磁干扰和噪音问题。
能量管理技术
能量管理技术是燃料电池电动汽车的关键技术 之一，它能够实现能量的优化分配和管理，提 高车辆的经济性和排放性能。
智能能量管理系统能够实现能量的优化分配和 管理，提高车辆的经济性和排放性能。
能量管理技术的挑战在于实现能量的高效管理 和控制，解决多能源协同的问题，以及提高系 统的智能化水平。
05
燃料电池电动汽车的挑战与解 决方案
技术挑战
燃料电池技术
燃料电池电动汽车的核心技术是燃料电池，其性能和寿命直接影响整车的性能 和可靠性。目前，燃料电池的效率和寿命仍需进一步提高。
动力系统集成
燃料电池电动汽车的动力系统包括燃料电池、动力电池、驱动电机等部件，如 何将这些部件高效地集成在一起，实现良好的动力性和经济性，是技术上的一 个挑战。
燃料电池电动汽车动力传动 系统技术
汇报人：文小库 2023-12-29
目录
• 燃料电池电动汽车概述 • 燃料电池电动汽车动力系统 • 燃料电池电动汽车传动系统 • 燃料电池电动汽车关键技术 • 燃料电池电动汽车的挑战与解
决方案 • 燃料电池电动汽车未来发展趋
势
01
燃料电池电动汽车概述
燃料电池电动汽车的定义与特点
能量管理系统
能量管理系统是燃料电池电动汽车的 能源管理和优化系统，负责协调和管 理车辆的能源供给和需求，提高能源 利用效率。
新能源汽车动力系统优化与控制技术研究
新能源汽车动力系统优化与控制技术研究随着全球对环境保护的呼声不断增加，传统燃油汽车逐渐被新能源汽车所取代。
新能源汽车动力系统的优化与控制技术是确保其高效稳定运行的关键。
本文针对新能源汽车动力系统优化与控制技术进行研究，分析其现状和发展趋势，探讨相关技术的创新与应用。
新能源汽车动力系统由电池（电动汽车）或燃料电池（燃料电池汽车）作为能源，通过控制器和驱动系统将能量转化为机械能，驱动车辆行驶。
动力系统的优化和控制技术直接影响着汽车的性能、效率和安全性。
因此，研究新能源汽车动力系统的优化与控制技术是当前的热点和难点问题。
首先，针对新能源汽车动力系统中最常见的电动汽车，我们需要对其动力系统进行优化。
一方面，电池管理系统（BMS）起着至关重要的作用，可以对电池进行精确的电量估计和状态监测，以提高电池的使用寿命和性能。
另一方面，电机的驱动控制也是优化动力系统的关键环节。
研究如何将电机的转矩与转速控制得更加精准、高效，提高驱动系统的响应速度和能量利用效率是当前的研究重点。
其次，对于燃料电池汽车，燃料电池的性能和寿命是优化和控制的重点。
燃料电池堆的运行温度、湿度和气体流量等参数对于燃料电池性能具有重要影响。
因此，研究如何优化燃料电池的控制策略，提高其输出电压稳定性和电化学能量转化效率，以延长燃料电池的使用寿命，是当前研究的热点之一。
另外，新能源汽车动力系统的优化与控制技术还需要考虑整车和动力系统之间的协同优化。
动力系统的优化不仅仅局限于单个组件，还需要考虑整车的需求，并通过智能化的控制算法实现动力系统的协同控制。
例如，利用车载传感器和智能控制算法，可以实现动力系统在不同驾驶工况下的优化策略，以提高车辆的整体性能和能源利用效率。
此外，新能源汽车动力系统的优化与控制技术还需要考虑安全和可靠性。
新能源汽车动力系统的高压电路和较高的能量密度使得其与传统汽车存在不同的安全风险。
因此，研究如何优化动力系统的安全控制策略，提高系统的安全性和可靠性，是当前研究的重要方向之一。
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能源概论--关于燃料电池电动汽车传动系统的研究姓名：学号：专业：关于燃料电池电动汽车传动系统的研究摘要：燃料电池汽车是一种高效清洁的电动汽车。
与传统的内燃机汽车相比, 燃料电池车的动力传动系统采用电动机替代内燃机成为燃料电池汽车驱动动力源, 其动力传统系统具有革命性的改变。
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。
对燃料电池电动汽车动力传统设计与制造具有重要的参考价值。
关键词: 燃料电池 传动系统 构架 改良 蓄电1 引言燃料电池汽车是电动汽车的一种。
燃料电池发出的电, 经逆变器、控制器等装置,给电动机供电, 再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶, 燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2 ~3倍。
燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物,因此燃料电池车辆是无污染汽车。
随着对汽车燃油经济性和环保的要求, 汽车动力系统将从现在以汽油等化石燃料为主慢慢过渡到混合动力,最终将完全由清洁的燃料电池车替代。
近几年来, 燃料电池系统和燃料电池汽车技术已经取得了重大的进展。
世界著名汽车制造厂,如丰田、本田、通用、戴姆勒- 克莱斯勒、日产和福特汽车公司已经开发了几代燃料电池汽车,并宣布了各种将燃料电池汽车投向市场的战略目标。
目前, 燃料电池轿车的样车正在进行试验, 以燃料电池为动力的运输大客车在北美的几个城市中正在进行示范项目。
其中本田的FCX Clarity 最高时速达到了160 km/ h ; 丰田燃料电池汽车FCH V adv 已经累计运行了360, 000 km 的路试, 能够在零下37度启动,一次加氢能够从大阪行驶到东京( 560公里)。
在我国科技部的支持下, 燃料电池汽车技术得到了迅速发展。
2007 年, 我国第四代燃料电池轿车研制成功, 该车最高时速达150 km/h,最大续驶里程319 km。
2008 年,燃料电池示范汽车又在北京奥运进行了示范运行。
2010 年, 包括上汽、奇瑞等国内汽车企业共有196 辆燃料电池汽车在上海世博园区进行示范运行。
在开发燃料电池汽车中仍然存在着技术性挑战,如燃料电池组的一体化,提高商业化电动汽车燃料处理器和辅助部汽车制造厂都在朝着集成部件和减少部件成本的方向努力, 并已取得了显著的进步。
但与统的内燃机轿车相比, 燃料电池电动汽车采用燃料电池+ 电动机!来代替传统车的心脏—发动机和燃油系统。
燃料电池轿车的动力传动系统发生较大的变化, 主要表现在：电动机替代内燃机成为驱动动力源; 离合器与扭转减振器被省略; 多挡变速器通常被替换为减速器。
因此,燃料电池汽车的动力传动系统总体得到简化。
但在行驶时, 燃料电池是主要的动力来源, 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。
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, 燃料电池辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口。
如丰田的FCH V4 , FIAT Elet t ra 和日产X T r ailFCV 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 Plugin 燃料电池轿车和GM公司V olt Plug in燃料电池车。
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。
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H y wire 两种车都是基于该中构架的。
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, 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( 下表所示)。
3. 1 动力电池辅助能源系统目前铅酸电池[ 20] 由于比能量及比功率均较低,已经淘汰。
在汽车上常用的动力蓄电池主要有镍氢电池和锂离子电池等。
典型的燃料电池汽车镍氢电池属于碱性电池, 具有不易老化, 无需预充电以及低温放电特性较好等优点。
其能量密度可超过80 Wh/ kg, 一次充电的行驶距离长, 在大电流工作时能够平稳放电FCH V 4 , H ighlander FCHV adv和通用Chevr olet Equinox的动力系统都是燃料电池和镍氢电池集成的。
但,镍氢在高温环境下, 电池电荷量会急剧下降, 并且具有记忆效应和充电发热等方面的问题。
在燃料电池混合动力系统中镍氢电池SOC 应保持在40% 60%之间,充放电电流应处于160 ~240 A 的范围, 温度应维持在常温附近, 以确保系统安全性和经济性。
锂离子电池具有体积小, 能量密度高( > 120Wh/ kg) 、高安全性和无污染性等优点。
本田FCXClar ity, 通用Chevrolet Sequel 锂和日产X T rail FCV 等都采用锂离子电池作为燃料电池氢电池的1. 5 ~3倍。
其单体电池的平均电压为3. 2V,相当于3个镍锌或镍氢电池串接起来的电压值,因而能够减少电池组合体的数量, 降低单体电池电压差所造成的电池故障发生概率, 从而提高了电池组的使用寿命。
锂离子电池具备自放电低( 仅为5% 10%) 的优点,当在非使用状态下贮存, 内部相当稳定, 几乎不发生任何化学反应。
由于锂离子电池不含有镉、汞和铅等重金属, 因而在使用过程中不会对环境造成污染。
对于电动汽车而言, 锂离子电池易于车载布置安装, 是较为理想的能量存储媒介。
常常使用Simul ink 和Dymola等工具来对电池系统进行仿真分析, 提高电池的使用效率和寿命。
如下:(1)其中, Rc 和Rd 分别表示充放电过程的电阻, C为电池极化电容, Uo 和Ub 分别为理想电压和负载电压, I 为电流, Up 等效动态电压。
3. 2 超级电容系统超级电容器是一种新型储能元件, 它既像静电电容一样具有很高的放电功率, 又像电池一样具有很大的电荷储存能力。
由于其放电特性与静电电容更为接近, 所以仍然称之为电容!。
如果仅采用超级电容作为唯一辅助能源还存在诸多不足之处, 如: 电动汽车长时间停机后再次启动,由于超级电容的自放电效应, 在燃料电池的能量输出尚未稳定时车载辅助系统的供电将无法保障。
况且超级电容能量密度很低, 若要达到一定的能量储备能力其设备体积势必加大。
当前超级电容都是与其他动力电池一起购车辅助电源系统,在燃料电池汽车上使用的。
为了克服精确的描述超级电容的特性, 可以采用阻抗法进行建模代替简单RC 回路模型。
超级电容当前SOC主要基于超级电容的输出电压:其中, V0 , Vmin , V ma x 分别为超级电容的当前电压,最小、最大电压。
3. 3 多源能量的组合与控制燃料电池电动汽车安装上述两种拓扑构型, 与动力电池和超级电容进行组合, 才能达到比较好的效果。
目前, 主要采用的三种能量组合方式有: 1)燃料电池+ 动力电池,通用Chevrolet Equinox 等就采用这种组合方式; 2)燃料电池+ 超级电容,如本田的FCV 3和马自达FC EV等; 3) 燃料电池+ 动力电池+ 超级电容, 如本田FCHV 4。
T adaichi研究了不同状况下, 能量的流动方式。
通过对车用3种能源的比较, 基于燃料电池发动机输出功率预测控制策略设计了多能源能量管理系统, 实现了对 3 种能源的优化管理和控制。
4 动力系统配置与仿真优化技术4. 1 燃料电池系统仿真技术对燃料电池汽车中的燃料电池系统建模的方法又可分为两种,一种是在电化学、工程热力学、流体力学等理论基础上, 建立比较复杂的一维或多维物理模型。
这种模型可根据不同燃料电池的结构参数建立相应模型, 分析压力、温度、湿度、流量、催化剂、管道结构等多方面因素对燃料电池工作的影响。
但这种模型复杂不直观, 且运算速度慢。
另一种则采用较简单的数学经验模型并结合相应的商业软件,这种方法具有直观快速的特点,但该模型只能针对特定的燃料电池系统, 其建立需依靠实验数据。
4. 2 整车动力传动系统仿真优化技术燃料电池车仿真的最终目的是以燃料电池模型为基础, 结合子系统和动力传送系统的相关模型,仿真分析燃料电池系统乃至整个汽车动力系统的工作情况。