登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
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[8];丰田燃料电池汽车FCHV-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)[7]。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,20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。但与传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。
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。
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。
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.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。
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)。
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。
表1典型的燃料电池汽车
Table 1Typical fuel cell electric vehicles
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。FCHV-4[6],High-lander FCHV-adv[7]和通用Chevrolet Equinox[9]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FCXClarity[8],通用Chevrolet Sequel[10]锂和日产X-Trail FCV[12]等都采用锂离子电池作为燃料电池汽车的辅助能源系统。离子电池的能量密度是镍氢电池的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[4,5]。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Simulink和Dymola等工具来对电池系统进行仿真分析[23],提高电池的使用效率和寿命。
其充电放电动态过程可以用Thevenin模型来如下[23,24]:
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[23,25]。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[5]。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[4,25,26]。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[23]。超级电容当前SOC主要基于超级电容的输出电压:
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[9,10,12];2)燃料电池+超级电容,如本田的FCV-3和马自达FC-EV等[4];3)燃料电池+动力电池+超级电容,如本田FCHV-4[8]。Tadaichi[6]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。
动力系统配置与仿真优化技术
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[27]。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。
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。这种系统优化的方法主要是结合实际的使用来进行的,一般分成两种[24,27]。
在实际使用路况未知的情况,俄亥俄州立大学的T. Gabriel Choi等[28]基于FIAT Panda车型,针对燃料电池插电式电动汽车的动力要求,研究了两者控制测量:离线全局优化和动态优化下控制测量的设置方法。对于家庭充电和燃料电池混合应用的能量优化控制方法。Guezennec等[29,30]研究了驾驶习惯对能量的使用情况,并对动力系统和尺寸容量等做了优化。
总结
燃料电池电动车中的燃料电池电堆只能维持车辆运行的平均功率要求,采用辅助能量系统提高了燃料电池汽车的效率。本文围绕燃料电池汽车动力传统技术关键技术,分别对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。本文的研究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。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星氢能网获悉,近日,氢动科技河南氢动“氢车万里行”活动发车仪式在郑州海尔产业园内隆重举行。本次活动由河南氢动与宇通商用车联合主办,携手飞洁冷链(客户单位)、天宏城配(运营单位),共同启动氢燃料冷藏物流车的规模化示范运营,标志着河南省氢能绿色冷链物流发展逐步走向市场化、规模化。
北极星售电网获悉,6月5日,宁夏银川市人民政府办公室关于印发《苏银产业园高质量发展实施方案(2025-2027年)》(以下简称《方案》)的通知。《方案》指出,以新能源开发利用为牵引,以绿电园区建设为支撑,积极推进源网荷储、分布式微能网、虚拟电厂等新型电力系统建设,构建绿电直供、绿色算力、绿色
2025年,交通运输体系的绿色低碳转型成为政策焦点之一,是推动高质量发展的重要抓手。在“双碳”目标与国七排放标准升级的双重驱动下,氢燃料电池技术被列为重型车辆零碳转型的重要路径。美国戈尔的GORE-SELECT®质子交换膜凭借其高效能、耐久性等特性,将推动氢燃料电池的应用发展,成为重型车辆行业
北极星氢能网获悉,近日,四川省经济和信息化厅发布《四川省氢能产业中长期发展规划(2025—2035年)》,其中指出:到2027年,全省累计推广应用氢燃料电池汽车超4000辆,打造1—2条氢能轨道交通示范线;有序推进制氢、加氢基础设施建设,累计建成加氢站(含制氢加氢一体站)超40座,打造1—2个可再生能
北极星氢能网获悉,6月4日,安徽省第二批氢能环卫车交付运营仪式在六安市金安区举行。明天氢能公司向福龙马集团六安子公司交付新车钥匙,标志着安徽省第二批氢能环卫洗扫车正式交付运营。在六安市发展氢能产业的坚定路线下,明天氢能与福龙马集团强强联合,双方共同努力在当地打通了氢能源环卫车辆应用
日前,河南平顶山市政府印发《平顶山市空气质量持续改善实施方案》。方案提出,推进重点行业污染深度治理。全市新建(改扩建)火电、钢铁、水泥、焦化项目要达到超低排放水平。水泥、焦化企业按要求基本完成有组织和无组织超低排放改造。2025年9月底前,钢铁、水泥、焦化企业力争完成清洁运输超低排放
北极星氢能网获悉,今年以来,川维化工紧抓重庆市“西部氢谷”建设、西部陆海新通道“氢走廊”发展机遇,做好氢气产销工作,5月氢气产品销量超50吨,创氢能生产装置投产以来月度新高,重庆地区市场占有率超80%。川维化工是“成渝氢走廊”重庆片区的主要源头生产企业,采用中国石化自主成套技术,利用天
北极星储能网获悉,6月3日消息,福建省科学技术厅等四部门关于组织申报2025年高校产学研联合创新项目的通知,新材料方向包括,锂离子电池、燃料电池等关键材料及工程化技术;电池梯级利用与绿色回收技术;乏燃料后处理技术;先进锂离子电池、动力锂离子电池凝胶聚合物电解质、高离子电导率和高稳定的无
北极星售电网获悉,近日,重庆市能源局发布关于市六届人三次会议第1243号代表建议办理情况的答复函。答复文件明确,重庆实施“百万千瓦屋顶部署推进”光伏式和“千乡万村驭风”行动,截至2025年3月,全市风电、光伏发电装机规模分别达到256万千瓦、352万千瓦,新能源装机将从“十三五”末提升6.3%至16.
北极星氢能网获悉,5月30日,质子汽车首批次出口澳大利亚氢燃料重卡发车仪式圆满举行,正式开启质子汽车进军澳大利亚及新西兰新能源重卡市场新征程,也标志着质子汽车国际化战略再次迈出关键一步。据悉,此次出口车辆搭载行业量产最大功率240kW氢燃料系统和新一代电驱桥,最大续航里程达500公里,匹配A
北极星氢能网获悉,近日,雄韬股份成功中标中广核白鹭综合服务(深圳)有限公司氢燃料电池车辆移动应急发电技术服务项目。本次中标标志着雄韬股份在氢能领域的综合实力再获权威认可,同时也将进一步巩固公司在氢能领域的优势地位。项目将搭载雄韬股份自主研发和生产的的VISTAH系列氢燃料电池发动机系统
5月30日,北极星太阳能光伏网发布一周要闻回顾(2025年5月26日-5月30日)。政策篇两部委:推动绿电直连,新能源自用不低于60%、上网不高于20%,按规缴费5月21日,国家发改委、国家能源局联合印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》,探索创新新能源生产和消费融合发展模式,促进新能源就近就
据泰媒报道,泰国投资委员会(BOI)19日召开会议,出台4项措施帮助泰国企业应对美关税和外部挑战。一是停止对供给过剩或易受美国及其他国家贸易限制行业的投资促进优惠,包括太阳能电池及面板制造,部分汽车零部件(铅酸电池、装饰件等不影响车辆驾驶性能和安全性的配件),金属切割,位于工业园区外且
今年以来,宝马确认将在其第六代平台车型规模采用该技术。同时,中创新航、亿纬锂能、国轩高科、欣旺达等厂商正积极推动其进入eVTOL领域。在此之外,大圆柱电池还不断加速渗透PHEV和电动两轮车市场。这些市场的一个显著特征是“低电量”但高需求。4月,吉利银河推出星耀8插混系列,定位C级中大型车。其
北极星储能网讯:5月17日,中国电工技术协会发布《台区低压侧分布式储能系统规划技术导则(征求意见稿)》。其中提出,储能系统应具备削峰填谷、无功补偿、功率支撑及应急响应等功能,以适应台区内负荷的特性和波动需求。文件规定了台区低压侧分布式储能系统的规划配置技术要求,内容涵盖储能系统的选
随着全球能源结构加速向清洁化转型,风力发电作为主力可再生能源之一,正面临更高效率、更低运维成本的严苛要求。在风力发电机组的核心控制环节——变桨系统中,传统铅酸电池、锂电池等储能设备因响应速度不足、低温性能衰减、维护成本高等问题,逐渐难以满足新型大功率风机的需求。四川金时科技股份有
在近期举办的电池行业年度盛会“第十七届中国国际电池技术交流会(CIBF2025)”上,深圳市尊光固态电池有限公司展出全球能量密度最高的水系镍基安全电池。水系电池是指以水为电解液的二次电池。相较于有机物电解液电池,水系电池具有安全环保、易于回收利用和使用维护成本低等诸多优势,但其能量密度较
北极星储能网获悉,4月26日,南都电源在投资者关系活动中表示,公司2024年营业业绩较上年度变动较大,主要原因有回收板块废旧电池价格持续处于高位,产品毛利率持续下降;同时受国家政策影响,地方奖补政策存在不确定性,影响了第四季度回收业务的盈利能力,公司进行减产,营业收入大幅下降,单体亏损
2025年4月15-19日,第137届广交会在广州盛大开幕,本届广交会以绿色化、智能化和数字化为亮点,展现中国发展新动能。作为光伏逆变器ODM智造领域的领军者,盛能杰再次重磅出击,推出新一代单相并网逆变器SE2-10.5KTL系列,离网逆变器SE6KFG-S1/LV,以及覆盖多元应用场景的低压储能系统与高压储能系统解
近日,国家电力投资集团旗下北京电投绿通科技有限公司与德加能源正式达成战略合作,双方将依托固态电池技术共同推进城市两轮车换电网络迭代升级。此次合作标志着新能源领域国家队与固态电池领军企业的强强联合。作为国家电投在城市能源服务的核心载体,电投绿通凭借集团全产业链资源优势,已构建覆盖广
美国储能行业迎来重磅消息——美国本土企业StrytenEnergy宣布将全美电池产能扩大至24GWh。这一战略布局覆盖军用、电网储能等关键领域。StrytenEnergy总裁兼首席执行官迈克·贾德(MikeJudd)表示:“扩大本土产能是公司对美国客户及合作伙伴的坚定承诺。在能源安全日益重要的背景下,StrytenEnergy制造
北极星固废网获悉,衢州市人民政府发布衢州市2025年度危险废物利用处置设施建设引导性公告,全市利用处置能力74.1万吨/年,实际利用处置量33.89万吨,运行负荷45.7%。另有少部分危险废物产生企业建有自行配套的危险废物自行利用处置设施。此外,全市还有规划在建危险废物集中利用处置项目7个(水煤浆协
北极星储能网获悉,6月3日消息,福建省科学技术厅等四部门关于组织申报2025年高校产学研联合创新项目的通知,新材料方向包括,锂离子电池、燃料电池等关键材料及工程化技术;电池梯级利用与绿色回收技术;乏燃料后处理技术;先进锂离子电池、动力锂离子电池凝胶聚合物电解质、高离子电导率和高稳定的无
随着全球能源结构加速向清洁化转型,风力发电作为主力可再生能源之一,正面临更高效率、更低运维成本的严苛要求。在风力发电机组的核心控制环节——变桨系统中,传统铅酸电池、锂电池等储能设备因响应速度不足、低温性能衰减、维护成本高等问题,逐渐难以满足新型大功率风机的需求。四川金时科技股份有
盖房子用的水泥能用来发电,还能当成“电池”储能。东南大学9日发布最新科研成果,该校科研人员研发出仿生自发电-储能混凝土,将高能耗的水泥变为“绿色能量体”,为构建新型能源体系、实现“双碳”目标提供技术助力。统计数据显示,我国建筑全过程能耗占到全国能源消费总量的45%,碳排放量占全国排放
北极星储能网讯:4月28日,国家发改委发布《绿色低碳先进技术示范项目清单(第二批)》,涉及储能的示范项目有12项,总规模超2.455GW/9.14GWh。其中包括,500兆瓦/2000兆瓦时构网型混合储能示范项目;295兆瓦/590兆瓦时构网型储能电站示范项目;350兆瓦/1400兆瓦时石灰岩地层储气库压缩空气储能电站示
北极星储能网获悉,4月22日,安徽省先进光伏和新型储能产业集群建设领导小组办公室发布《关于征集先进光伏和新型储能领域专家库的通知》。其中明确要求,应具有高级以上专业技术职称,或具有丰富的相关工作经历和管理经验,专业造诣较深,熟知其所在专业或者行业的国内外情况及相关法律、法规、政策和
北极星储能网获悉,4月1日,深圳新宙邦科技股份有限公司披露投资者关系活动记录表,回答投资者提问。对于公司电解液市场后续规划,新宙邦回答:公司核心业务之一为电池化学品,主要产品包括:锂离子电池化学品(如电解液、添加剂、新型锂盐、碳酸酯溶剂)、超级电容器化学品、一次锂电池化学品、钠离子
3月5日,2025年中国储能技术创新应用研讨会在浙江杭州圆满落幕!继4日的广泛讨论之后,行业几位专家结合当前的储能应用发展趋势,从储能人才培养、混合储能技术、储能出海等热点话题分别做了解读。与此同时,业内人员也一同走访了位于浙江杭州的两大电网侧储能项目,通过实地调研探究技术创新对储能项
加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员最近发表文章,分享了他们使用一种特定类型的塑料实现更高效能源存储的突破性工作,这种新材料可能为全球可持续能源转型提供解决方案。我们在日常生活中到处使用塑料。塑料有助于保持食物新鲜和医疗设备的无菌状态,并且为电子产品提供绝缘。事实证明,塑料还可以做
2月20日晚间,诺德股份(600110)公告,近日,公司全资孙公司深圳百嘉达新能源材料有限公司(简称“百嘉达”)与中创新航(03931)签订了《2025年保供框架协议》,基于双方长期稳定的战略合作,为保证百嘉达铜箔产品的供应稳定,百嘉达承诺2025年向中创新航供应铜箔产品4.5万吨,实际供货量需以正式销
新型储能迎来重大利好!不仅12大技术上榜,还将培育3#x2014;5家生态主导型企业,到2027年,实现高端化、智能化、绿色化发展。对此,有相关机构认为,2025年中国储能装机有望在2024年翻倍增长的基础上,保持较高增速,与此同时,海外市场渗透率有望提升。那么,真锂新媒就带您具体盘点一下,这新型储能1
2月17日,工业和信息化部等八部门关于印发《新型储能制造业高质量发展行动方案》的通知,通知指出,推动“光伏+储能”系统在城市照明、交通信号、农业农村、公共广播、“智慧车棚”等公共基础设施融合应用,鼓励构建微型离网储能系统。原文如下:工业和信息化部等八部门关于印发《新型储能制造业高质量
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!