燃料電池電動汽車

1、燃料電池電動汽車（FCEV）的系統(tǒng)構(gòu)成自1陽4年ThomasDavenport制造一輛電動三輪車至今電動汽車已有170余年的歷史叫二十世紀(jì)前期，電動汽車曾一度占領(lǐng)市場但電動機(jī)的發(fā)展促使燃油汽車的崛起，導(dǎo)致電動汽車到20世紀(jì)和年代幾乎消失20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)和石油短峽使電動汽車重新獲得生機(jī)；另外，20ttt紀(jì)80年代以來，人們?nèi)找骊P(guān)注空氣質(zhì)利溫室效應(yīng)所帶來的當(dāng)響，這進(jìn)一步加速了電動汽車的發(fā)展。由于傳統(tǒng)蓄電池的性能和價(jià)格遠(yuǎn)未達(dá)到使電動汽車實(shí)用化的要求，因此電動汽車的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵在于高性價(jià)比電池的研制開發(fā)。燃料電池是一種將氫氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電葩的裝置.這種裝置的堰大

2、特點(diǎn)是由于反應(yīng)過程不涉及燃燒和熱機(jī)做功，因此能量的轉(zhuǎn)化效率不受杯卡諾循環(huán)”的限制國，能盤的轉(zhuǎn)化效率可髙達(dá)6070%,實(shí)際便用效率則是普通內(nèi)燃機(jī)的2倍左右.近年來一些廠家.如戴姆勒克萊斯勒、豐田.通用、本田、日產(chǎn)、福特等公司都開發(fā)了自己的燃料電池電動汽車（FCEV）IIJHHSJs為了使發(fā)展中國家的大城市公共交通車輛改變能源結(jié)構(gòu)，降低有害物質(zhì)和溫室氣體（C6）的排放聯(lián)合國發(fā)展計(jì)劃署（UNDP）和全球環(huán)境基金（GEF）資助中國的上海、北京等大城市開展燃料電池公交客車的示范工程。我國的燃料電池公交客車示范項(xiàng)目于2003年3月在北京開動卩該項(xiàng)目總投入為3236萬美元.我國政府也非常重視燃料電池汽車的關(guān)

3、犍技術(shù)的研究，詹九五”期間，國家科技部將燃料電池關(guān)鍵技術(shù)列入國家攻關(guān)計(jì)劃。在科技部、中科院、北京和上海政府的支持下，大連化物所、上海神力科技有限公司分別研制出5Y0kW的質(zhì)子交換膜蠢料電池*十五*期間，燃料電池汽車及其關(guān)鍵技術(shù)的研究和樣車的研制開發(fā)，被列入國家*863"電動汽車重大專項(xiàng)。由大連物理化學(xué)研究所和上海神力科技有限公司為轎車研制的30kW燃料電池系統(tǒng)已在燃料電池轎車上進(jìn)行集成。并由上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司與同濟(jì)大學(xué)研制出超越一號S“超越二號S“超越三號"和“超越四號竹燃料電池轎車，它采用自主開發(fā)框架式車身，并裝備我國自主研制的由燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、車用DC

4、/DC變換器、電機(jī)及驅(qū)動控制Sh番電池及管理系統(tǒng)等組成的電一電混合動力系統(tǒng)電機(jī)控制器燃料電池控制器主DC/DC控制器I輔助DCVDC信號燃料電池汽車的基本結(jié)構(gòu)多種多樣。按照驅(qū)動形式可以分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動和混合驅(qū)動兩類；根據(jù)燃料電池所提供的功率占整車功率需求的比例不同，燃料電池混合動力車可以分為能量混合型和功率混合型兩種.純?nèi)剂想姵仉妱悠囍挥腥剂想姵匾粋€功率源，汽車所有的功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。主要缺點(diǎn)有：(1)燃料電池的功率大，成本高；(2)對燃料電池的動態(tài)性能和可靠性提出很高要求；(3)不能進(jìn)行能量的回收圖1.1河所示的燃料電池混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)則可以很好的解決上述缺點(diǎn)，為以后的發(fā)展方向.

5、燃料電池主DC/DC電機(jī)電池管理系統(tǒng)超級電容整車控制器圖1.1焜料電池汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(FC+B4C)由該結(jié)構(gòu)圖可知:為保證整車的運(yùn)行可靠和燃料電池的充分利用，主DC/DC變換器的性能好壞至關(guān)重要；另一方面為了吸收制動能和在啟動時(shí)提供瞬時(shí)功率，需要輔助的雙向DC/DC變換器來進(jìn)行匹配?；谥圃旃に嚭彤a(chǎn)品可靠性的考慮，燃料電池系統(tǒng)的輸出電壓通常比較低,一般在240V730V,由圖1.2和1.3可知燃料電池的外特性曲線斜率較大，特性偏軟，當(dāng)輸出電流變化時(shí)，輸出電壓波動大。目前，燃料電池轎車的逆變器輸入電壓約為312V左右,因此為了實(shí)現(xiàn)燃料電池輸出電壓與動力總線電壓匹配,就帑要一個升降壓型DC/D

6、C變換器。另外，從控制角度看，為了控制能皇輸出,也需要一個DC/DC變換器進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1.2燃料電池伏安特性圖1.3理想和實(shí)際電動勢與電流密度的關(guān)系1.3課題研究的內(nèi)容與意義本課題來源于國家“863”電動汽車專項(xiàng)，由于燃料電池的特性，在輸入端需要加裝升降壓DC/DC變換器；另一方面考慮節(jié)能的需求，需要回收剎車制動能量，故在蓄電池或超級電容上加裝雙向DC/DC變換器。同時(shí)，設(shè)計(jì)主電路也要考慮電磁兼容性的要求，進(jìn)行電磁兼容性分析研究。總的來講，本論文的研究內(nèi)容包括：（1）研究雙向及升降壓DC/DC變換器主電路的拓?fù)?，綜合比較采用扱適合車用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；并利用仿真軟件如MATLAB或Oread進(jìn)行仿真

7、與分析。（2）對主電路進(jìn)行篩選，并對選擇的主電路進(jìn)疔過渡過程的分析，并對不同的要求進(jìn)行控制策略的研究，使過渡過程平滑迅速。（3）對雙向及升降壓變換器進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)，使主電路與控制電路能在同一電磁環(huán)境下互不干擾工作，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并在考世電磁兼容性的前提下進(jìn)行布局的改進(jìn)和優(yōu)化。研制車用DC/DC變換器涉及到現(xiàn)代電力電子、徽電子及自動控制等多個技術(shù)領(lǐng)域，是確保燃料電池汽車能夠在性能上與傳統(tǒng)汽車抗衡的關(guān)鍵零部件之一。因此，開發(fā)、研制車用DC/DC變換器具有較為重大的科學(xué)意義：（1）可提高我國車用DC/DC變換器理論和產(chǎn)品的研究開發(fā)水平；（2）促進(jìn)燃料電池電動汽車的發(fā)展；(3) DC/DC變換器是燃料電池電動車中重要部件。此外，單向DC/DC變換器還可應(yīng)用在燃料電池移動電源等領(lǐng)域，促進(jìn)燃料電池技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化，市場前景廣闊。