基于Advisor氫燃料電動汽車仿真研究

王蘭紅

摘要：隨著汽車產業的不斷發展，導致全球能源消耗以及環境破壞污染等問題日漸嚴峻。氫燃料電動汽車在排放和動力等方面尤為突出，本文以氫燃料電動汽車為研究對象，在Advisor汽車仿真軟件建立氫燃料電池、汽車動力系統部件以及車身模型，選定中國城市工況以及UDDS城市仿真工況，對氫燃料電動汽車模型進行仿真，從仿真結果來看，汽車動力性能仿真結果明顯優于同類型傳統車輛動力性能，整車燃料經濟性能有很大提升，排放基本達到零排放，仿真結果同時也證明了模型的準確性。

Abstract： With the continuous development of the automotive industry， global energy consumption and environmental damage and pollution are becoming increasingly serious. Hydrogen fuel electric vehicles are particularly prominent in terms of emissions and power. This article takes hydrogen fuel electric vehicles as the research object， establishes hydrogen fuel cells， automotive power system components and body models in advisor car simulation software， and selects Chinese city operating conditions and UDDS cities Simulate the working conditions to simulate the hydrogen fuel electric vehicle model. From the simulation results， the simulation results of the vehicle's power performance are significantly better than the power performance of the traditional vehicles of the same type. The simulation results also proved the accuracy of the model.

關鍵詞：Advisor;氫燃料;電動汽車

Key words： Advisor;hydrogen fuel;electric vehicles

0 ?引言

隨著汽車產業的不斷發展，導致全球能源消耗以及環境破壞污染等問題日漸嚴峻。新能源汽車解決上述問題越來越受到各國研究者的青睞，氫燃料電動汽車在排放和動力等方面尤為突出[1]，一方面氫燃料汽車克服了純電動汽車的續航里程短的缺陷;另一方面又克服了傳統汽車排放污染環境的問題。2015年豐田首次推出Mirai氫燃料電動汽車之后，各車企也陸續推出不同類型的氫燃料電動汽車，如寶馬、梅賽德斯-奔馳、本田以及近年來快速竄起的韓系車商現代[2]。本文以氫燃料電動汽車為研究對象，重點研究氫燃料電動汽車的一維建模過程，并基于某道路工況進行模型仿真和數據分析。

1 ?汽車模型建立

1.1 整車模型建立

基于Advisor建立氫燃料電動汽車仿真模型[3]，如圖1所示，其中包括車身子模型、燃料轉換器（燃料電池、內燃機以及基于神經網絡的內燃機）子模型、排放后處理器子模型、能量儲存器（動力蓄電池和超級電容）子模型、驅動電機子模型、傳動系統子模型、扭矩耦合器子模型、車軸庫輪以及配件等仿真子模型。Advisor是比較開放的汽車仿真系統，對于不同的車型可以選擇不同的子模型，從而搭建不同的仿真模型。可以通過下拉框來選擇版本、類型或者通過修改對應文件中參數值進行選擇。

1.2 氫燃料電池模型的建立

Advisor仿真程序有三種不同類型的燃料電池建模方法，本文選用的氫燃料電池功率-效率模型，如圖2所示，氫燃料電池系統效率特性圖，如圖3所示。

1.3 鋰離子電池模型的建立

蓄電池模型在電動汽車仿真過程中非常重要[4]，本文選擇鋰離子蓄電池組子模型，如圖4所示，共有30節單電池組成，每個單電池電壓為12V，蓄電池總電壓為360V。模型以蓄電池荷電狀態（SOC）為控制依據，設置SOC上限值和下限值來切換充放電狀態。

1.4 氫燃料汽車車身模型及其它子模型的建立

本文氫燃料汽車車身模型參照某傳統內燃機汽車模型[5]，根據汽車行駛平衡方程建立車身模型，建立模型如圖5所示。

Ft=Ff+Fw+Fi+Fj

式中：Ft為汽車驅動力;Ff為汽車行駛的滾動阻力;Fw為汽車行駛的空氣阻力;Fi為汽車行駛的坡度阻力;Fj汽車行駛加速阻力。

2 ?仿真參數

本文選擇某款氫燃料電動汽車為研究對象，具體仿真參數如表1所示。

3 ?仿真結果與分析

根據第二小節建立的仿真模型，在中國城市工況以及體現典型城市行駛特征的UDDS工況下，對氫燃料電動汽車模型進行仿真，仿真結果如圖6所示。Advisor仿真結果可以導出很多關于汽車性能參數的指標，本文選擇動力蓄電池SOC的變化、等效燃油消耗、加速測試、坡度測試、動力系統各部件工作效率點等。仿真的相關數據對于分析動力系統相關部件設計、評價控制策略的合理性、為車輛的改型提供參考價值。

4 ?總結

本文以氫燃料電動汽車為研究對象，在Advisor汽車仿真軟件建立氫燃料電池、汽車動力系統部件以及車身模型，選定中國城市工況以及UDDS城市仿真工況，對氫燃料電動汽車模型進行仿真，從仿真結果來看，汽車動力性能仿真結果明顯優于同類型傳統車輛動力性能，整車燃料經濟性能有很大提升，排放基本達到零排放，仿真結果同時也證明了模型的準確性。

參考文獻：

[1]宋錦明，宋錦剛.燃料電池汽車VMS測試系統構建[J].汽車電器，2016，12：60-63.

[2]侯明，衣寶廉.燃料電池的關鍵技術[J].科技導報，2016（6）：52-61.

[3]Wang， Guangjin; Yu， Yi;Liu， Hai; Gong， Chunli;Wen， Sheng; Wang， Xiaohua; Tu， Zhengkai..Progress on design and development of polymer electrolyte membrane fuel cell systems for vehicle applications： A review.[J].2018，179：203-228.

[4]陳明偉.燃料電池城市客車動力系統基本技術方案研究[D].上海：同濟大學，2005.

[5]李可.燃料電池混合動力驅動系統能量利用效率優化的研究[D].西南交通大學，2011.