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燃料电池汽车驱动系统新方案 ． 黄妙华，刘飞 (武汉理工大学汽车工程学院) 摘要：本文简要介绍了燃料电池以及燃料电池汽车的特征，在此基础上提出一种新的燃 料电池汽车驱动系统及其控制策略。 关键词：燃料电池；燃料电池汽车；驱动系统；控制策略 一、 引言 在世界能源危机加剧和全球污染日益严重的情况下，新能源环保型汽车的研究开发受 到了国内外汽车厂商的关注。随着燃料电池技术的成熟，将其作为动力源的燃料电池汽车 正逐渐成为世界各国汽车厂商竞相研究开发的热点。燃料电池汽车具有高效率、无污染、 零排放、无噪声等高科技优势，代表了未来汽车使用新型能源和先进科技以及追求环保的 发展趋势，领导着汽车工业革命的新潮流。应用这一技术，不仅能减少汽车工业对日益短 缺的传统能源的依赖，而且会推动人类社会进入一个新的洁净能源——氢能的时代。目前 世界各大汽车企业都投入巨资对燃料电池汽车进行研究开发，竞相推出各种类型的燃料电 池汽车，席卷全球的汽车工业革命正由燃料电池汽车拉开帷幕，燃料电池汽车替代传统的 内燃机汽车，已成为一种不可逆转的趋势。 二、燃料电池的特征 现有的燃料电池汽车大多数是以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为动力源，而质子交换 膜燃料电池主要有氢燃料电池、甲醇重整燃料电池和直接甲醇燃料电池3种，其中氢燃料 电池是汽车研究人员关注的重点。 质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于采用固体电解质并可以工作在常温下，对燃料气 中的杂质(C02)无要求：具有重量轻、体积小、比功率高、运行效率高、便于运输和储存 等优点；最适合电动车上使用。其输出伏安特性如图所示…： 由图示可看出质子交换膜燃料电池较为显著的特点： (1)输出特性较软。输出电压随着输出电流的增大而减小，在负载小时，输出电压下 降较陡。 (2)输出电压随着温度的升高而增大。因此实际应用中燃料电池不能像普通蓄电池那样 可以吸收回馈的电能。 (3)燃料电池的功率输出速度比较缓慢，所以燃料电池的输出无法突变。 273 2005中国电动汽车研究与开发 燃料电池的输出功率波动较大，例如汽车的加速、减速以及制动等都会导致燃料电池 的输出波动，现有的一些燃料电池车的燃料电池组功率己大大超出汽车实际需要的功率， 就是由燃料电池的这一特点造成的。 圈1燃辑电艳输出帻熏锋性 三、燃料电池汽车的特点 燃料电池汽车可以分为两种基本类型，一种为单纯以燃料电池为动力的FCEV，另一 种为燃料电池一蓄电池混合动力的FCEV。由于混合动力可以对能量进行二次回收利用， 从燃料经济性来说要比单纯以燃料电池为动力的FCEV具有更高的节能效率。 混合动力FCEV与纯FCEV相比有以下优点： (1)蓄电池的造价要比燃料电池低得多； (2)燃料效率显著的提高了； (3)再生制动能力可以使得能量损失减至最小，并且可以回收减速或者停车的能量； (4)在启动及加速时，能提供更大的瞬时输出功率。 四、新的燃料电池电动汽车驱动系统及其控制策略 燃料电池汽车驱动系统一般由燃料电池系统、DC／DC变换器、蓄电池系统、逆变器、 电机及其控制器组成。新的燃料电池电动汽车驱动系统具有新的燃料电池一蓄电池动力组 合方式。 4．1新韵动力组合方式 该动力组合方式以蓄电池组为主要动力源，小功率燃料电池为辅助动力单元(APU)。 两者以并联方式接合，驱动电动机，经过机械传动机构带动车辆运行。 该动力组合方式有以下几个优点： (1)小功率燃料电池可以降低成本； (2)可以延长车辆的续驶里程； (3)燃料电池可以根据蓄电池组的荷电状态(soc)随时向蓄电池组补充电能； (4)汽车可以由蓄电池组启动，解决了以往燃料电池汽车启动时间长的缺点； (5)在汽车减速、紧急制动、滑行或下坡工况中，电动机的回馈能量可由蓄电池组回收， 节省能源。 4．2DC／Dc变换器 与传统内燃机汽车一样，燃料电池电动汽车一方面必须具有较高的功率需求；另一方 面应具有良好的机动性，以便对不同的工况、不同的车速、不