浅析燃料电池混动车发展优势及国内外现状

月城清浅
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当前,全球能源紧缺和环境污染问题日益严重,氢能和燃料电池是未来重要发展方向和趋势,燃料电池汽车被认为是未来新能源汽车的终极选择。国务院在《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中明确了至2020 年,中央财政将投入1000 亿元用于扶持新能源汽车产业。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》重点提出了对燃料电池汽车整车设计、集成和制造技术,动力系统集成与控制技术,汽车计算平台技术,高效低排放内燃机、燃料电池发动机等关键部件的技术规定。《中国制造2025》明确提出了燃料电池汽车及其关键部件的技术路线图,对燃料电池关键材料的研发提出了技术目标。

什么是燃料电池混合动力汽车

针对燃料电池电压电流输出特性及动态响应滞后的特点,基于城市公交大客车运行时,驱动与制动功率波动频率高、幅度大以及长续驶里程的总驱动与制动能量较大等工况特点和难点,以清华大学汽车安全与节能国家重点实验室为主的氢燃料电池客车动力系统研发团队,率先提出并研制成功燃料电池加动力电池的电-电混合动力系统。

燃料电池混合动力系统主要包括燃料电池、辅助动力源、DC/DC变换器等部件。燃料电池系统作为车辆常规运行时的主要动力源,为车辆的常规运行提供了所需能量;辅助动力源为蓄电池或超级电容器,提供车辆在启动、加速、爬坡等特殊工况下所需的功率。如此,既能保证车辆在不同工况下所需的能量,同时也能减小对燃料电池的冲击,提高燃料电池的寿命。

通常,根据燃料电池混合动力系统动力源装置的搭配方案以及它们与电机驱动系统之间的连接方式来定义系统构型。根据燃料电池系统是否与电机控制器直接相连分为直接燃料电池混合动力系统和间接燃料电池混合动力系统。

1.直接燃料电池混合动力系统

燃料电池系统直接与电机控制器相连,同时,使用蓄电池或者超级电容作为辅助动力装置,并且蓄电池组(或超级电容)和动力系统的直流母线之间使用双向DC/DC变换器。

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图1  直接燃料电池混合动力系统

2.间接燃料电池混合动力系统

在燃料电池系统前面使用单向DC/DC变换器来对燃料电池系统和电机驱动系统进行电压匹配,并对燃料电池系统的输出功率进行控制,辅助动力源装置选用蓄电池组或超级电容,并直接与直流母线相连接。

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图2 间接燃料电池混合动力系统

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