燃料电池汽车动力系统运行效率研究

A版燃料电池汽车动力系统运行效率研究殷婷婷黄晨东程伟欧阳启孙逸神上海汽车集团股份有限公司，上海201804【摘要】介绍了燃料电池汽车动力系统的结构和工作原理，结合动力系统的功率分布、能流图对燃料电池动力系统运行效率进行了深入研究。最后从零部件效率、动力系统匹配、动力系统结构以及控制策略4方面对系统运行效率的影响进行敏感度分析，为燃料电池汽车动力系统开发提供了参考依据和理论基础。【ABSTRACT】THESTRUCTUREANDWORKINGPRINCIPLEOFTHEFUELCELLVEHICLEFCVPOWERTRAINAREINTRODUCEDEFFICIENCYOFFCVPOWERTRAINISRESEARCHEDCOMBINEDWITHPOWERDISTRIBUTIONANDENERGYFLOWSENSITIVITYANALYSISOFSYSTEMEFFICIENCYISALSOCONSIDEREDWITHPARTSEFFICIENCY，MATCHINGOFPOWERTRAIN，STRUCTUREOFPOWERTRAINANDCONTROLSTRATEGYREFERENCEISPROVIDEDFORTHEDEVELOPMENTOFFUELCELLVEHICLEPOWERTRAIN【关键词】燃料电池汽车动力系统运行效率DOI103969JISSN10074554201208O10引言燃料电池电动汽车是以氢气为能源载体的新型交通工具，运行排放物是纯水，燃料电池的能量转化率比传统内燃机高近一倍，具有明显的技术先进性。由于它的突出优点，燃料电池汽车被称之为电动汽车的终极发展目标。储能装置可以在燃料电池堆暖机时给车轮提供动力，为负载提供峰值功率，从而可以减小燃料电池堆的额定功率，并且可以收集制动能量，以提高动力系统的效率。1燃料电池汽车动力系统的结构与原理燃料电池汽车FCV动力系统主要包括燃料收稿日期201203312电池系统FCS、直流一直流DCDC变换器、动力蓄电池BP、电机与驱动MC四大部分。动力系统结构简图如图1所示。动力蓄电池组BP图1FCV动力系统FCV动力系统的基本工作原理如下氢气和空气中的氧气在燃料电池系统特定的环境中反应产生的电能，作为FCV的主能量源，它经过DC上海汽车201208DC变换器的阻抗匹配与电压转换后与动力蓄电池辅助能量源并联，两者共同作为电机驱动系统的输入能量，可保证驱动模式下，电机在峰值功率运行阶段的功率响应，以弥补燃料电池功率响应不足的缺点。此外，当车辆处于制动状态时，驱动电机工作于发电模式，产生的电能被回馈至动力蓄电池，实现车辆制动能量的回收，可提高车辆运行的经济性。2动力系统介绍本文以上汽开发的某款燃料电池汽车为例，针对动力系统运行效率进行分析。21整车参数表1表1整车参数表参数数值参数数值整车整备质量MKG1800风阻系数C032迎风面积AM205滚阻系数_厂0O122效率参数参考国内外零部件效率的现状，燃料电池汽车动力系统关键零部件的平均效率参数如表2所示。表2效率参数表效率参数数值效率参数数值传动效率O9DCDC转换器效率O96燃料电池系统发电效率O5电机及其驱动系统效率O85蓄电池充放电效率09523基本控制方法燃料电池汽车整车控制方法的目的是为了控制燃料电池与动力蓄电池之间的能量分配，使整车不仅能满足路面行驶功率需求，而且能使各动力源之间达到很好的匹配，从而使功率合理分配。本文是基于恒温器与功率跟随相结合的控制方法。动力蓄电池SOC平衡时控制在0506之间，初始SOC设定为08；燃料电池净输出功率范围为528KW，其最佳工作功率区域为5，15KW，效率最高点在6KW左右。上海汽车2012083燃料电池轿车动力系统功率分布和能流图燃料电池轿车动力系统功率分布与能流图的研究是基于NEDC工况下进行的。31电机功率分布图24是9个NEDC工况下，电机功率情况的分析，其中，图2是电机功率的曲线图；图3是电机功率的分布图，电机功率在05KW、510KW、1015KW区间范围工作的频率最高，比例分别为3288、2382、184；图4为05KW范围内电机功率分布，其工作区域集中在3