燃料電池汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制相關(guān)性研究綜述

徐賢 高海宇

【摘 要】出于環(huán)保壓力、國家能源安全及搶占發(fā)展先機(jī)等因素考慮，中國把新能源汽車產(chǎn)業(yè)定位為國家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。目前充電和續(xù)航里程仍是純電動汽車面臨的兩大課題，而燃料電池混合動力汽車可以解決純電動汽車（BEV）在充電時間、續(xù)航里程方面的短板，成為新能源汽車發(fā)展的終極目標(biāo)。混合度作為燃料電池混合動力系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)開發(fā)的階段目標(biāo)，將混合度分為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的靜態(tài)混合度和控制策略相關(guān)的動態(tài)混合度，通過在靜態(tài)混合度的邊界內(nèi)對動態(tài)混合度的控制，實現(xiàn)對車輛動力性與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】燃料電池；混合度；新能源汽車

中圖分類號： U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）16-0205-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.095

【Abstract】In view of environmental pressure，national energy security and preemptive development opportunities， China has positioned the new energy automobile industry as one of the seven national strategic emerging industries.At present，the battery charge time and range per charge remain are the two major issues for battery electric vehicles （BEV）.But fuel cell hybrid cars can solve the above shortcomings of BEV properly，and could be the ultimate goal of the development of new energy vehicles.The hybrid degree is the key parameter of fuel cell vehicle and its powertrain system，and based on the phase of the development，the hybrid degree is divided into the static hybrid degree of the system and the dynamic hybrid degree of the control strategy.Vehicle dynamic and economy performance can be optimized by controlling the dynamic hybrid degree in the boundary of the static hybrid degree.

【Key words】Fuel cell；Hybrid degree；New energy vehicle

隨著汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，全球汽車保有量快速增長引起石油資源消耗遞增和環(huán)境污染問題亟待解決，因此降低燃油消耗、減少溫室氣體排放的新能源汽車已成為汽車行業(yè)發(fā)展的主流方向。近幾年來，世界主要汽車強(qiáng)國紛紛表示將新能源汽車的發(fā)展提升至國家戰(zhàn)略，尤其是歐盟一些國家不僅提出禁售燃油車時間表，而且也上升到具體法律層面，同時采取一些“限行”措施。發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國走向汽車強(qiáng)國的必由之路[1]，新能源汽車產(chǎn)業(yè)也是國家七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。

出于環(huán)保壓力、國家能源安全及搶占發(fā)展先機(jī)等因素考慮，2016年10月，國家發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，進(jìn)一步明確未來重點(diǎn)發(fā)展純電動（EV）、插電式混合動力（PHEV）及燃料電池（FCEV）汽車作為新能源汽車主要方向。

1 燃料電池的優(yōu)勢

純電動汽車（BEV）僅依靠動力電池作為汽車驅(qū)動動力源，但是由于動力電池與液體燃料相比其能量密度低，續(xù)航里程和充電時間是純電動汽車面臨的兩大課題，現(xiàn)階段動力電池技術(shù)沒有出現(xiàn)革命性突破的情況下，很難得到妥善解決。

燃料電池可以完全替代液體燃料，而且具有“零排放”、能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料來源多樣并可靈活取自于可再生能源等優(yōu)勢，因而被認(rèn)為是實現(xiàn)未來汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向之一，也是解決全球能源和環(huán)境問題的理想方案之一[2]。

2 動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)之靜態(tài)混合度

由于燃料電池同時也存在著工作特性偏軟、動態(tài)響應(yīng)差、功率密度較低等特性，單獨(dú)把燃料電池作為車輛動力源存在無法滿足負(fù)載頻繁劇烈變化、啟動時間長、無法回收制動能量及成本高等缺點(diǎn)。通常在實際應(yīng)用中采用燃料電池與超級電容或蓄電池等輔助能源混合使用（即燃料電池混合動力汽車），這樣可以使主動力單元——燃料電池在理想負(fù)荷區(qū)域工作，輔助能源作為負(fù)荷調(diào)節(jié)而提高整車效率。

燃料電池混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究中最關(guān)鍵的參數(shù)是混合度，一般混合度是針對動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的，定義為燃料電池功率與電機(jī)功率（或是燃料電池功率與電池組功率之和）的比值。上述定義的混合度是一個靜態(tài)值，以下簡稱靜態(tài)混合度。

3 動力系統(tǒng)控制參數(shù)之動態(tài)混合度

采用兩個或兩個以上動力源共同為車輛提供動力，必然會帶來動力源功率匹配問題[3]，同時考慮到車輛動力需求及動力源自身的相關(guān)參數(shù)一直在變化，動力系統(tǒng)控制策略必須能夠根據(jù)車輛行駛的需求轉(zhuǎn)矩及動力源自身的相關(guān)參數(shù)合理的分配各動力部件的功率輸出，使各動力部件在最佳工作區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)，同時確保實現(xiàn)車輛的動力和經(jīng)濟(jì)性要求。因此引出動態(tài)混合度概念，即燃料電池動態(tài)輸出功率與電機(jī)動態(tài)需求功率（或是燃料電池動態(tài)輸出功率與電池組動態(tài)輸出功率之和）的比值。

4 小結(jié)

靜態(tài)混合度用于動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究，動態(tài)混合度用于動力系統(tǒng)控制策略研究。動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、布置與成本等設(shè)計需求，而動力系統(tǒng)控制策略需要在動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計約束下工作，以實現(xiàn)車輛動力性和經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉傳富.新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中政府扶持的研究研究[D].重慶.西南大學(xué).2015.

[2]劉宗巍，史天澤，郝瀚，趙福全.中國燃料電池汽車發(fā)展問題研究[J].汽車技術(shù)，2018，1：1-9.

[3]周蘇，張曄，牛繼高，王廷宏，陳鳳祥.基于Cruise/Simulink的FCHEV燃料電池和動力蓄電池功率匹配研究[J].青島大學(xué)學(xué)報，2010，25（4）：20-27.