第6章-燃料電池電動(dòng)汽車

燃料電池電動(dòng)汽車第6章

燃料電池電動(dòng)汽車FCEV(FuelCellElectricVehicle)是利用氫氣等燃料和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，然后用電能通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。燃料電池電動(dòng)汽車的核心部件是燃料電池，它通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能動(dòng)力，因此被稱為綠色新型環(huán)保動(dòng)力。FCEV一般以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為車載能量源。6.1燃料電池電動(dòng)汽車概述6.1.1燃料電池電動(dòng)汽車的特點(diǎn)1．燃料電池電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)（1）能量轉(zhuǎn)換效率高

燃料電池的最大特點(diǎn)是反應(yīng)過程不涉及燃燒和熱機(jī)做功，因此能量轉(zhuǎn)換效率不受卡諾循環(huán)的限制。燃料電池理論上能量效率可接近83%，在實(shí)際使用中能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60%～70%，是普通內(nèi)燃機(jī)的2倍左右。（2）綠色環(huán)保（3）運(yùn)行噪聲低

（4）續(xù)駛里程長(zhǎng)

（5）過載能力強(qiáng)（6）設(shè)計(jì)靈活方便

2.燃料電池電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)（1）燃料電池價(jià)格過高

（2）燃料電池用氫的制備、儲(chǔ)存困難

（3）輔助設(shè)施不完善、建設(shè)成本本昂貴

（4）起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)抗振能力有待進(jìn)一步提高6.1.2燃料電池電動(dòng)汽車對(duì)燃料電池的基本要求FCEV對(duì)燃料電池性能基本要求有以下幾方面：1）燃料電池的比能量不低于150～200W·h/kg，比功率不低于300～400W/kg。2）可以在-20℃的條件下起動(dòng)和工作，有可靠的安全性和密封性，不會(huì)發(fā)生燃料氣體的結(jié)冰和燃料氣體的泄漏。3）各種結(jié)構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和可靠性，可以在負(fù)荷變化情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并能夠耐受FCEV行駛時(shí)的振動(dòng)和沖擊。4）FCEV除排放達(dá)到零污染的要求外，動(dòng)力性能要求基本達(dá)到或接近內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力性能的水平，性能穩(wěn)定可靠。5）各種輔助技術(shù)裝備的外形尺寸和輔助技術(shù)裝備的質(zhì)量應(yīng)盡可能地減小，以符合FCEV的裝車要求。6）燃料充添方便、迅速。7）所配置的輔助電源，應(yīng)能滿足提供起動(dòng)電能和儲(chǔ)存制動(dòng)反饋電能的要求。6.1.3燃料電池電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)1．燃料電池系統(tǒng)燃料電池是燃料電池汽車發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù)之一。車用燃料電池系統(tǒng)的核心是燃料電池堆。燃料電池堆技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可用耐久性、低溫啟動(dòng)濕度、凈輸出比功率以及制造成本4個(gè)要素來評(píng)判。燃料電池堆研究正在向高性能、高效率和更高耐久性方向努力。2．車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)儲(chǔ)氫技術(shù)是氫能利用走向規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。目前，常見的車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)有高壓儲(chǔ)氫、低溫儲(chǔ)存液氫和金屬氫化物儲(chǔ)氫3種基本方法。如何有效減小儲(chǔ)氫系統(tǒng)的重量與體積，是車載儲(chǔ)氫技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)。一個(gè)比較理想的方案是，采用儲(chǔ)氫材料與高壓儲(chǔ)氫復(fù)合的車載儲(chǔ)氫新模式，即在高壓儲(chǔ)氫容器中裝填重量較輕的儲(chǔ)氫材料。3．車載蓄電系統(tǒng)車載蓄電系統(tǒng)包括鉛酸電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等蓄電池及電化學(xué)超級(jí)電容器。超級(jí)電容器能在短時(shí)間內(nèi)提供或吸收大的功率（為蓄電池?cái)?shù)十倍）。其效率高、具有上萬次的循環(huán)壽命和極長(zhǎng)的儲(chǔ)存壽命、工作溫度范圍寬、能使用的基礎(chǔ)材料價(jià)格便宜，可以作為混合型動(dòng)力汽車的有效蓄電系統(tǒng)。4．電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是燃料電池電動(dòng)汽車的心臟，它正向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁無刷電動(dòng)機(jī)。5．整車布置燃料電池汽車在整車布置上存在以下關(guān)鍵問題：燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)的相關(guān)布置、動(dòng)力蓄電池組的車身布置、氫氣瓶的安全布置以及高壓電安全系統(tǒng)的車身布置等。6．整車熱管理燃料電池汽車整車熱管理有兩方面特性需要關(guān)注：1）燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)行溫度為60～70℃，實(shí)際的散熱系統(tǒng)工作溫度大致可以控制在60℃。2）目前整車各零部件的體積留給整車布置回旋的余地很小，造成散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改良空間不大，無法采用通用的解決方案應(yīng)對(duì)，必須開發(fā)專用的零部件。7．整車與動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)燃料電池汽車整車性能參數(shù)是整個(gè)燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)的信息來源，而虛擬配置的動(dòng)力系統(tǒng)的特性參數(shù)也影響整車性能。目前參數(shù)設(shè)計(jì)主要借助于通用的或?qū)Ｓ玫姆抡孳浖M(jìn)行離線仿真，如ADVISOR、EASY5、PSCAD、V2ELPH、FAHRSIM等。為了實(shí)現(xiàn)虛擬模擬與真實(shí)部件的聯(lián)系，必須建立實(shí)時(shí)仿真開發(fā)環(huán)境。8．多能源動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理策略目前的開發(fā)方式一般是借助仿真技術(shù)建立一個(gè)虛擬開發(fā)環(huán)境，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)模型進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，從理論分析的角度得到最優(yōu)功率分配策略與能量源參數(shù)和工況特征之間的解析關(guān)系，并從該關(guān)系出發(fā)定量地分析功率緩沖器特性參數(shù)對(duì)最優(yōu)功率分配策略的影響，為功率緩沖器的參數(shù)選擇提供理論依據(jù)。6.2燃料電池電動(dòng)汽車的類型FCEV按“多電源”的配置不同，可分為純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)(PFC)的FCEV、燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC+B)的FCEV、燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC+C)的FCEV、燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC+B+C)的FCEV。

6.2.1純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)(PFC)的FCEV

純?nèi)剂想姵仉妱?dòng)汽車只有燃料電池一個(gè)動(dòng)力源，汽車的所有功率負(fù)荷都由燃料電池承擔(dān)。純?nèi)剂想姵仉妱?dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)如圖所示。燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和整體布置；2）統(tǒng)部件少，有利于整車的輕量化；3）較少的部件使得整體的能量傳遞效率高，從而提高整車的燃料經(jīng)濟(jì)性。2.燃料電池系統(tǒng)的缺點(diǎn)1）燃料電池功率大、成本高；2）對(duì)燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性提出了很高的要求；3）能進(jìn)行制動(dòng)能量回收。6.2.2燃料電池與輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)(FC+B)的FCEV

燃料電池+輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的燃料電池電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)如圖所示。該結(jié)構(gòu)為一典型的串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1）由于增加了比功率價(jià)格相對(duì)低廉得多的蓄電池組，大大地降低了整車成本。2）料電池可以在比較好的設(shè)定的工作條件下工作，工作時(shí)燃料電池的效率較高。3）系統(tǒng)對(duì)燃料電池的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求較低。4）汽車的冷起動(dòng)性能較好。5）制動(dòng)能量回饋的采用可以回收汽車制動(dòng)時(shí)的部分動(dòng)能，該措施可能會(huì)增加整車的能量效率。2.這種結(jié)構(gòu)形式的缺點(diǎn)1）蓄電池的使用使得整車的質(zhì)量增加。2）電池充放電過程會(huì)有能量損耗。3）系統(tǒng)變得復(fù)雜，系統(tǒng)控制和整體布置難度增加。6.2.3燃料電池與超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+C）的FCEV

這種結(jié)構(gòu)形式與燃料電池+蓄電池結(jié)構(gòu)相似，只是把蓄電池?fù)Q成了超級(jí)電容。6.2.4燃料電池與輔助蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)（FC+B+C）的FCEV

燃料電池與蓄電池和超級(jí)電容聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)如圖所示，該結(jié)構(gòu)也為串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。在該動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，燃料電池、蓄電池和超級(jí)電容一起為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供能量動(dòng)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能傳給傳動(dòng)系統(tǒng)，從而驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)；在汽車制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，蓄電池和超級(jí)電容將儲(chǔ)存回饋的能量。

1）增加了超級(jí)電容，整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量將可能增加。

2）系統(tǒng)更加復(fù)雜化，系統(tǒng)控制和整體布置的難度也隨之增大。

目前燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)是FC+B組合，這是因?yàn)樗哂幸韵绿攸c(diǎn)：1）燃料電池單獨(dú)或與動(dòng)力蓄電池共同提供持續(xù)功率，而且在車輛起動(dòng)、爬坡和加速等峰值功率需求時(shí)，動(dòng)力蓄電池提供峰值功率。2）在車輛起步的時(shí)候和功率需求量不大的時(shí)候，蓄電池可以單獨(dú)輸出能量。3）電池技術(shù)比較成熱，可以在一定程度上彌補(bǔ)燃料電池技術(shù)上的不足。6.3燃料電池電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)與能量管理6.3.1燃料電池特性分析燃料電池帶負(fù)荷后的輸出電壓與電流特性曲線如圖所示。從特性曲線可以看出，燃料電池在加負(fù)荷的起始階段，電壓V下降很快，并且隨著負(fù)荷的增加，電流(功率)增大，輸出電壓也隨著曲線比普通電池大得多的斜率R下降，即燃料電池的輸出特性相對(duì)較軟。6.3.2燃料電池電動(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)與方案輔助動(dòng)力蓄電池組并聯(lián)直連混合方案

燃料電池經(jīng)單向DC/DC變換器后與輔助動(dòng)力蓄電池組并聯(lián)，并通過電動(dòng)機(jī)控制器為電動(dòng)機(jī)提供能量，如圖所示?？刂品桨敢话悴捎霉β嗜‰姺绞剑ㄟ^相應(yīng)工況下的踏板信號(hào)給定負(fù)荷的功率需求，是單向的DC/DC斬波控制燃料電池的輸出功率，并與輔助動(dòng)力蓄電池組并聯(lián)，共同向電動(dòng)機(jī)供電。2.并聯(lián)混合方案該方案在前一方案的基礎(chǔ)上，在輔助動(dòng)力蓄電池組與直流母線間也增加了一個(gè)雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器，對(duì)輔助能源的輸出加以控制，這是考慮了輔助動(dòng)力蓄電池組特性后為使其安全穩(wěn)定工作的改進(jìn)方案，如圖所示。此方案仍采用功率取電方式工作，因此并未對(duì)上一方案的缺點(diǎn)有實(shí)質(zhì)的改進(jìn)，并且增加了一套雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器，降低了輔助動(dòng)力蓄電池組的能量轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也增加了系統(tǒng)開發(fā)的成本。3.燃料電池并聯(lián)直連混合方案

該方案的燃料電池與電動(dòng)機(jī)控制器之間的能量是單向流動(dòng)的，輔助動(dòng)力蓄電池的輸出能量可以通過能量管理單元輸送到母線上。電動(dòng)機(jī)回饋能量通過能量管理單元后由鎳氫電池組吸收，如圖所示。這種方案利用能量管理單元中的主要部件雙向功率變換器來實(shí)現(xiàn)控制，從成本及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及工程實(shí)現(xiàn)上來說，不如輔助動(dòng)力蓄電池組并聯(lián)直連混合方案對(duì)控制策略修改更加方便、對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改造更加高效。燃料電池電動(dòng)汽車混合動(dòng)力的實(shí)際布置舉例6.3.3燃料電池電動(dòng)汽車能量管理分析1.能量控制系統(tǒng)組成

由于燃料電池混合動(dòng)力汽車運(yùn)行的實(shí)際情況，在控制方面有一些特殊的要求，從能量（功率）流的角度出發(fā)，燃料電池混合動(dòng)力汽車能量流控制系統(tǒng)的工作原理如圖所示。

能量管理系統(tǒng)主要由能量流控制器、燃料電池、Ni-MH電池組、DC/DC變換器和CAN總線等幾個(gè)主要部分組成。2.燃料電池混合動(dòng)力汽車能量策略

（1）基于工況的控制策略

如果針對(duì)單一的道路類型進(jìn)行策略的設(shè)計(jì)和研究，就會(huì)形成單一的控制規(guī)則集，這種控制思想忽略了道路類型、擁堵情況以及駕駛狀況等給車輛能量管理帶來的影響。（2）基于控制對(duì)象的控制策略

通過對(duì)車輛的控制目標(biāo)的分析，可以看到燃料電池混合動(dòng)力汽車是通過對(duì)兩個(gè)能量源匹配，進(jìn)行能量流動(dòng)的。功率跟隨式的基本思想是：當(dāng)電池荷電狀態(tài)在容許范圍內(nèi)時(shí)，燃料電池應(yīng)在某一設(shè)定的范圍內(nèi)輸出功率，輸出功率不僅要滿足車輛驅(qū)動(dòng)的要求，還要為電池組充電，該功率稱為均衡功率（對(duì)電池進(jìn)行了補(bǔ)充，使電池在最佳荷電狀態(tài)）。

開關(guān)式的基本思路是：對(duì)燃料電池氫氣消耗量進(jìn)行最優(yōu)控制，即以最低氫氣消耗為目標(biāo)調(diào)節(jié)燃料電池在某一工作點(diǎn)工作，該工作點(diǎn)是整個(gè)燃料電池組的最佳效率點(diǎn)。燃料電池混合動(dòng)力汽車基于控制對(duì)象的能量控制策略比較控制模式

控制目標(biāo)

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

功率跟蹤模式

蓄電池處于荷電最佳狀態(tài)蓄電池處于淺循環(huán)充放電工作狀態(tài)；可以延長(zhǎng)電池工作壽命；能及時(shí)為車輛

提供足夠的輔助動(dòng)力

燃料電池的工作點(diǎn)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加對(duì)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制

難度

開關(guān)工作模式

燃料電池處于效率最佳狀態(tài)燃料電池工作點(diǎn)固定；不需要考慮蓄電池的充放電狀態(tài)，控制策略設(shè)定相對(duì)

簡(jiǎn)單

蓄電池處于較深的充放電循環(huán)，影響電池工作壽命；當(dāng)SOC較低時(shí)可能不能滿

足車輛的功率需求，影響車輛的動(dòng)態(tài)性能

6.4.1燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

1．以氫為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)6.4燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的主要組成（1）氫氣供應(yīng)、管理和回收系統(tǒng)

氣態(tài)氫通常用高壓儲(chǔ)氣瓶來裝載，對(duì)高壓儲(chǔ)氣瓶的品質(zhì)要求很高，為保證燃料電池電動(dòng)汽車一次充氣有足夠的行駛里程，就需要多個(gè)高壓儲(chǔ)氣瓶來儲(chǔ)存氣態(tài)氫。（2）氧氣供應(yīng)和管理系統(tǒng)口氧氣的來源有從空氣中獲取氧氣或從氧氣罐中獲取氧氣兩種方式?？諝庑枰脡嚎s機(jī)來提高壓力，以增加燃料電池反應(yīng)的速度。（3）水循環(huán)系統(tǒng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料電池在反應(yīng)過程中將產(chǎn)生水和熱量，在水循環(huán)系統(tǒng)中要用冷凝器、氣水分離器和水泵等對(duì)反應(yīng)生成的水和熱量進(jìn)行處理，其中一部分水可以用于空氣的加濕。另外還需要裝置一套冷卻系統(tǒng)，以保證燃料電池的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）電力管理系統(tǒng)

燃料電池所產(chǎn)生的是直流電，需要經(jīng)過DC／DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)壓，在采用交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還需要用DC／AC逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電。2．以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)

在以甲醇為燃料的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，用甲醇供應(yīng)系統(tǒng)代替了上述的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)。其包括甲醇儲(chǔ)存裝置、甲醇供應(yīng)系統(tǒng)的泵、管道、閥門、加熱器及控制裝置等。（1）甲醇儲(chǔ)存裝置甲醇可以FCEV容器儲(chǔ)存，不需要加壓或冷藏，可以部分利用內(nèi)燃機(jī)汽車的供應(yīng)系統(tǒng)，有利于降低FCEV的使用費(fèi)用。（2）燃燒器、加熱器和蒸發(fā)器甲醇進(jìn)改質(zhì)器之前，要用加熱器加熱甲醇和純水的混合物，使甲醇和純水的混合物一起受高溫(621℃)熱量的作用，蒸發(fā)成甲醇和純水的混合氣，然后進(jìn)入改質(zhì)器。（3）重整器重整器是將甲醇用改質(zhì)技術(shù)轉(zhuǎn)化為氫氣的關(guān)鍵設(shè)備。不同的碳?xì)浠衔锊捎貌煌闹卣夹g(shù)在重整過程中的溫度、壓力會(huì)有所不同。（4）氫氣凈化器改質(zhì)器所產(chǎn)生的H2因?yàn)楹猩倭康腃O，因此必須對(duì)H2進(jìn)行凈化處理。凈化器中用催化劑來控制，使H2中所含的CO被氧化成二氧化碳C02后排出，最終進(jìn)入PEMFC的H2中的CO的含量不超過規(guī)定的10-5。6.4.2輔助動(dòng)力源

在具有雙電源系統(tǒng)的FCEV上，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源可以出現(xiàn)以下驅(qū)動(dòng)模式：1）在FCFV起動(dòng)時(shí)，由輔助動(dòng)力源提供電能帶動(dòng)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，或帶動(dòng)車輛起步。2）車輛行駛時(shí)，由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)所需全部電能，剩余的電能儲(chǔ)存到輔助動(dòng)力源裝置中。3）在加速和爬坡時(shí)，若燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)提供的電能還不足以滿足FCEV驅(qū)動(dòng)功率要求，則由輔助動(dòng)力源提供額外的電能，使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率或轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，形成燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力源同時(shí)供電的雙電源的供電模式。4）儲(chǔ)存制動(dòng)時(shí)反饋的電能，以及向車輛的各種電子、電器設(shè)備提供所需要的電能。6.4.3DC／DC轉(zhuǎn)換器1．裝置DC／DC的必要性FCEV采用的電源有各自的特性，燃料電池只提供直流電，電壓和電流隨輸出電流的變化而變化。FCEV采用的輔助電源（蓄電池和超級(jí)電容器）在充電和放電時(shí)，也是以直流電的形式流動(dòng)，但電流的方向是可逆的。FCEV上的各種電源的電壓和電流受工況變化的影響呈不穩(wěn)定狀態(tài)。2.DC/DC轉(zhuǎn)換器的基本功能DC/DC轉(zhuǎn)換器具有以下基本功能：1）當(dāng)輸入直流電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，能輸出負(fù)載要求的變化范圍的直流電壓。2）輸出負(fù)載要求的直流電流（范圍）。3．FCEV車載DC/DC的功能

燃料電池轎車中的DC/DC轉(zhuǎn)換器的主要功能，概括起來主要包括以下3點(diǎn)：1）調(diào)節(jié)燃料電池的輸出電壓。2）調(diào)節(jié)整車能量分配。3）穩(wěn)定整車直流母線電壓。4．FCEV車載DC／DC轉(zhuǎn)換器的要求DC／DC轉(zhuǎn)換器在燃料電池電動(dòng)汽車中起著重要的作用，它的性能必須滿足以下要求：1）轉(zhuǎn)換器是能量傳遞部件，因此需要的轉(zhuǎn)換效率要高，以便提高能源的利用率。2）為了降低對(duì)燃料電池的輸出電壓要求，轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有升壓功能。3）由于燃料電池存在輸出不穩(wěn)定的問題，需要轉(zhuǎn)換器閉環(huán)運(yùn)行進(jìn)行穩(wěn)壓，為了給驅(qū)動(dòng)器以穩(wěn)定的輸入，需要轉(zhuǎn)換器有較好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。4）體積小，重量輕。6.4.4驅(qū)動(dòng)電機(jī)

燃料電池電動(dòng)汽車用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。

直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用換向器和電刷，保證了勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)的嚴(yán)格正交，易于控制。

交流電動(dòng)機(jī)堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、免維護(hù)、成本低，尤其適合惡劣的工作環(huán)境。永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通常可分為方波供電的無刷直流電動(dòng)機(jī)和正弦波供電的永磁同步電動(dòng)機(jī)。另外，永磁電動(dòng)機(jī)的控制器在電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障而起保護(hù)作用時(shí)，由于永磁體的原因電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的反電勢(shì)并通過反向二極管加在高壓母線兩端，造成潛在的安全問題。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種基于“磁阻最小原理”設(shè)計(jì)的新型電動(dòng)機(jī)，定子、轉(zhuǎn)子均采用凸極結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、控制簡(jiǎn)便及功率／轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)越的特點(diǎn)。6.4.5動(dòng)力電控系統(tǒng)

燃料電池汽車的動(dòng)力電控系統(tǒng)，主要由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(FCE-ECU)、蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)、動(dòng)力控制系統(tǒng)(PCU)及整車控制系統(tǒng)(VIVIS)組成，而原型車的變速器系統(tǒng)會(huì)簡(jiǎn)化很多。1．發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)，按整車控制器的功率設(shè)定值控制燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行時(shí)進(jìn)行故障診斷及管理。其具體組成包括供氫系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、水循環(huán)及冷卻系統(tǒng)。2．蓄電池管理系統(tǒng)

蓄電池管理系統(tǒng)分上下兩級(jí)：下級(jí)LECU負(fù)責(zé)蓄電池組電壓、溫度等物理參數(shù)的測(cè)量，進(jìn)行過充過放保護(hù)及組內(nèi)組間