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燃料电池城市客车动力系统结构研究

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以不依赖石油资源 ， 具有较强的动力性能等ｕ 。 Ｊ
燃 料 电池公 交 车 （ｕ ｌ ｅｌ ｉ ｕ ，Ｆ Ｃ ） ｆｅ ｃｌ ｃ ｙｂ ｓ Ｃ Ｂ ｔ
程分析 的基础上 ， 对其进行建模仿真分析 ， 能够得 到较理 想 的效果 。
被认 为是未 来 电 动公 交 车 的 主流 ， 欧洲 清 洁 城市
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｏ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｆｔ ｗｅ ｙ ｔｍ ｆｆ ｅ ｅｌｃｔ ｕ ｅ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎｆｇ ｒ ｔｏ ｏ ｈｅｐｏ ｒｓ ｓｅ ｏ ｕ ｌｃ ｌ ｉｙ ｂ ｓ ｓ
ＺＨＡＮＧ ｎ －ｉ Ｚ Ｕ ｅ Ｂｉｇ ｌ， Ｈ Ｋ ， Ｚ ＡＯ ａ Ｈ Ｈ ｎ
维普资讯
第 ２ 卷 第 １ 期 ９ １
２０ ０ ６年 １ １月
合肥 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＨＥＦＥ ＮＩ ＩＵ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ０Ｆ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ １ １２ ． １
ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｅ ｉｌ ｒ ａ ｉ ｆ ｉ ｇ， ｉｈ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｉ ｆ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ａ ｅ ｓ ｔ ｙ ｎ ｗｈ ｃ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｏ ｆ ｒ ｔ ｓ ｅ ｓｂ ｅ ｓ ｇ ｏ
运输项 目中 ， ７ 燃 料 电池 巴 士正 行 驶 在 欧洲 ７ ２辆 国 ９个城 市 里＿ 。在 北京 ， ２ Ｊ 首条 燃 料 电池 公 交 车
ＮＯ ． ２ ０ Ｖ ０６
燃 料 电池 城 市 客 车 动力 系统 结 构研 究
张炳 力 ， 朱
摘
可， 赵
韩
２００） ３ ０ ９
（ 合肥工业大学 机械与汽车工程学院 ， 安徽 合肥
要： 文章讨论 了几种不 同的以燃料 电池与超级电容混合 为动力源 的城 市客车 （ Ｃ Ｂ 的动力系统结构 方 ＦＣ）
ｃ ｍ ｂｎ ｓｔ ｅｒ ｅ ｅｌ ｔ ｈ ｌｒ ｃ ｐ ｃｔ ｒａ ｈ ｏ ｒｓ ｕ ｃ ｒ ｕ ｏ ｗａｄ ｏ ｉｅ ｈ ｕ ｌ ｌ ｗｉｈ ｔ ｅｕ ｔａ ａ ａ ｉ ｓｔ ｅｐ ｗｅ ｏ ｒｅａ ｅｐ ｔｆ ｒ ｒ ．Ｍ ｅ ｉ ｆｔ ｅｃ ｎ ｃ ｏ ｒｔ ｏ ｈ ｏ － ｓ
工具。燃料电池具有 突出的优点 ： 效率高 ， ① 尤 其在中低负荷时 ， 可达 ５ ～６ ； 清洁无污 ｏ ｏ ②
染 ； 振 动 噪声 小 ， ③ 结构 简 单 ， 易维 护 ； 燃料 可 ④
优 化 问题 ， 它涉 及 动力 性 能要 求 、 况选 择 、 制 工 控 策略及 成本 等诸 多 因 素 ， 在精 确 的理论 模 型和 工
（ ｃ ｏ ｌ ｔＭ ａ ｈｎ ｒ ｎ ｔｍｏｂｌ ｇｎ ｅｉｇ，Ｈ ｅｅ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈｅｅ ０ ０ Ｓ ｈ ｏ ｃ ｉｅ ｙａ ｄ Ａｕｏ ｏ ｉ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｅ ｆｉＵｎｖ ｒｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ｆｉ ２３ ０ ９，Ｃｈｎ ） ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｏ ｒｔａｎ ｆａ ｗｏ ｋ ｆｔ ｒ ｅｄｆｅ ｅ ｔ ｏ ｅｓｏ ｈ ｕ ｌ ｅｌ ｉｙｂ ｓ Ｆ ｓｒ ｃ ： ｅｐ ｗｅ ｒ ｉ ｒ ｍｅ ｒ ｓｏ ｈ ｅ ｉ ｒ ｎ ｄ ｌ ｆｔ ｅｒ ｅ ｌ ｃｔ ｕ （ ＣＣＢ）ｗｈｃ ｆ ｍ ｃ ｉｈ
Ｋｅ ｏｄ ：ｕ ｌ ｅｌ ｃｔ ｕ ；ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ；ｃｎ ｉｕ ａｉｎ Ｄ ／ Ｃ ｃ ｎ ｅｔｒ ｙｗ ｒｓ ｆｅ ｃ ｌ ｉ ｂ ｓ ｏ ｒｓｓｅ ； ｙ ｏ ｆ ｒｔ ； Ｃ Ｄ ｏ ｖ ｒｅ ｇ ｏ
０ 引
言
本 的各 大汽车公 司也纷纷 投入力 量进 行燃料 电池
客 车 的研 发 。
能源和环境已经成为பைடு நூலகம்统汽车发展难以跨越
的两大 障碍 ， 全球 各 国都 竞 相 寻求 新 型 城 市交 通
ＦＣ Ｃ Ｂ的动力源 与传 统 内燃机 汽 车 的动 力源 有 着本 质 的区别 ， 由此 带来 动力 系统 的一 系 列变
化 。Ｆ Ｃ Ｃ Ｂ动力系统 的选 型是 一个 多 变量 多 目标
式， 分析 了其利弊及对汽车性能 的影响 。在此基础上 ， 对其 中一种构型进行 了参数匹配 ， 并用计算机进行 了汽
车动力性能的仿真研究 ， 结果表 明该种动力系统构型是可行 的。
关键词 ： 料电池 ； 燃 城市客车 ； 动力 系统构型 中图分类号 ： ６ ． ２ Ｕ４ ９７ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ３５ ６ （０ ６ １—３８０ １ ０—０ ０ ２ ０ ）１１ ５—４

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燃料电池城市客车_燃料电池与超级电容混合动力研制

燃料电池城市客车_燃料电池与超级电容混合动力研制

１．３ 电动机的选择
出于成本及系统控制的简单方便考虑，本系统采用串联 有刷直流电机，工作电压为 ３００ Ｖ，工作电流为 ０～３００ Ａ，最 高转速为 ３ ５００ ｒ／ｍｉｎ。电动机经变速箱减速后驱动客车驱动 轮。
１．４ 控制方式设计
采用降压 ＤＣ／ＤＣ 直接驱动主电动机，通过脚踏板发出控 制信号，调整 ＤＣ／ＤＣ 的输出电流来控制电机转速。
１ 系统设计
动力系统方案：本动力系统方案采用燃料电池与超级电 容直接并联的方式，构成一自动充放电回路，共同驱动负载电 机，燃料电池的怠速电压设计成和超级电容的起始放电电压 相等。负载电机加载时燃料电池发动机电压下降，超级电容电 流输出，负载电机减载时，燃料电池电压上升，燃料电池对超 级电容充电（如图 １）。
１．１ 燃料电池系统设计
由于采用燃料电池 － 超级电容混合动力设计，在车辆起
２００７．５ Ｖ ｏｌ．３１ Ｎ ｏ．５
３５８
研究与设计
图 １ 动力系统结构框图 Ｆｉｇ．１ Ｃ ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｐｏｗ ｅｒ ｓｙｓｔｅｍ 步加速过程中超级电容可以与燃料电池同时提供电流，因而 可以适当降低燃料电池发动机的输出功率，同时通过对特定 的目前商业化的巴士的可装配空间、质量均衡装配，牵引电机 的电性能如电压、电流、控制等要求进行建模及分析，指导燃 料电池动力系统的研制． 在本系统中采用了神力公司的电堆 模块化［３］的技术，用两个燃料电池模块：额定总输出功率为 ７５ ｋＷ，峰值输出为 １００ ｋＷ。工作电压：ＤＣ ３４０～４８０ Ｖ；工作电 流：０～２５０ Ａ；通讯方式：ＣＡＮ 通讯；氢气储量：８ 个 １２５ Ｌ 铝 内胆碳纤维缠绕的储氢瓶。
这对燃料电池的寿命和稳定性都具有很大的损坏。而超级电 容是一种比传统电解电容储存电量大几十甚至几百倍的新型 能量存储技术，具有内阻小，充放电速度快（可瞬间充放大电 流）、效率高，循环寿命长（可反复充放电数万次乃至几十万 次）的特点［１，２］。因此，将超级电容与燃料电池组合而成的客车 混合动力系统，可以弥补燃料电池动态响应慢的不足，提高响 应速度，减缓燃料电池电流上升和下降的斜率，平滑燃料电池 系统的充放电电流，提高电动汽车的瞬时性能，减免电机负载 对燃料电池的冲击，因而延长燃料电池的寿命。同时，超级电 容还可以高效回收整车制动时产生的制动能量，提高能源的 使用效率。
燃料电池客车动力系统开发与系统仿真

燃料电池客车动力系统开发与系统仿真

相关技术作者简介:王瑞敏(1975-),女,山东人,博士学位,研究方向为汽车仿真,节能,新能源汽车。

燃料电池客车动力系统开发与系统仿真*王瑞敏1,张颖颖2(1.上汽商用车技术中心新能源技术部,上海2004382.山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东省海洋环境监测技术重点实验室,青岛266001)摘要:质子交换膜燃料电池因具有高能量密度、低工作温度等优点而成为发展前景最好的汽车动力源之一。

本文首先开发设计了以质子交换膜燃料电池堆为动力源的燃料电池城市公交客车,对动力系统各主要零部件进行了选型匹配,然后利用Advisor 软件对整车动力性进行了仿真验证。

关键词:质子交换膜燃料电池;燃料电池客车;系统仿真;新能源do:i 10.3969/.j issn .10034250.2010.03.011中图分类号:T MU469.7文献标识码:A文章编号:10034250(2010)03003607随着环境问题的日益严重,掀起了燃料电池汽车(FCV ,Fue lCellVehicle)研发新高潮。

质子交换膜燃料电池(PE MFC ,Proton Exchange M e mbrane Fuel Ce ll)因为具有启动快、工作温度低、功率密度高而成为解决当前环境问题的一个很有前途的研究方向。

燃料电池汽车具有高效率、无污染、零排放、无噪声等高科技优势,代表了未来汽车使用新型能源和先进科技以及追求环保的发展趋势,领导着汽车工业革命的新潮流[1]。

各大汽车企业都投入巨资对质子交换膜燃料电池(PE MFC)汽车进行研究开发,燃料电池汽车最终代替传统的内燃机汽车,已经成为一种不可逆转的趋势。

1原型车车型和基本参数本燃料电池车的原型车为上海某公司生产的12m 低地板城市公交客车。

原车和仿真涉及到的基本参数,如表1所示。

2燃料电池客车动力系统及其选型燃料电池动力系统主要由燃料电池电堆模块、DC /DC 变换器模块、驱动电机模块和动力电池模块等组成,如图1所示。

未来的新能源车——燃料电池客车

未来的新能源车——燃料电池客车


燃 料 电池 客 车是 一种 以氢气 作 为主 要 能
源 ，锂 电池作 为辅助 能源 的新能源 客车，车辆 采用 “ 双燃料 电池＋ 动 电机＋ 力 电池 ”技 驱 动
术方案 ，动力系统为质子交换膜燃料 电池 与磷 酸铁锂蓄 电池构成 的混合动 力驱动 系统，车辆 系统提供 的氢气为燃料 ，通 过燃料 电池直接转 采用 了 目前 国 内先进 的 Ｃ Ｎ总 线通讯技术 。 Ａ 化为 电能带动 电机驱动车辆 。燃料 为氢和氧 ， 主要 由整车控制系统 、储氢系统 、燃料 电池系 车辆 排 出的是清洁 的水 。燃料 电池 车具有 零排 统 、动 力 电池 系统 、驱 动 电机 系统 等部 件组 放 、高效率、低噪音 的优 点，是未 来新能源车 成 。图 １ 所示 的世博燃料 电池客车 是 由上海汽 辆 的发展方 向。 车集 团股份有 限公 司 （ 以下简称上汽 ）研制 开 ２ 构 成 及 原 理 发的 。
图 １ 世 博燃料 电池客车
公用
２ ５
∞ ｜ ∞ ２ ｔ＿ｔ 铭
科技 园地
囊
２２ 系统原 理 ．
氢离 子 （ 子）可 穿过质子交换膜 （ 质 即固体 电
燃料 电池是把燃料 中的化学 能直接 转化为 解 质 ） ，在 正极 与氧 原子 和 电子 重 新结 合 为 电能的能量转化装置 ，它从外表 上看有 正负极 水 。 由于氧 可 以从空气中获得 ，只要不 断地给 和 电解质等 ，像一个蓄 电池 ，但 实质上它不能 负极 供 应 氢 ，并 及 时 把 水 （ 汽 ） 带走 ，燃 料 蒸 “ 电”而 是一个 “ 储 发电厂 ”。燃料 电池车采 电池 就可 以不断地提供 电能。 用质子交换膜燃料 电池，其工作原理是 ：将氢 针对 世博用 车 ，按不 同燃 料 电池 电堆 ， 气送 到负极 ，经过 催化剂 （ ）的作用 ，氢原 上 汽 开 发 了 ３ 车 型 ， 即 Ｓ Ｂ６ ９ Ｃ、 铂 种 Ｗ １ Ｆ ２
混合动力城市客车新技术、新结构

混合动力城市客车新技术、新结构

混合动力城市客车新技术、新结构系统说明BJ6127PHEVCA-2北汽福田汽车股份有限公司2016年6月目录1、混合动力城市客车动力系统的构型2、混合动力城市客车关键技术开发3、混合动力城市客车系统选型计算4、制动能量回馈系统说明5、动力电池参数6、电机及控制系统7、福田混合动力城市客车的特点BJ6127PHEVCA-2混合动力城市客车新技术、新结构整车系统说明1、混合动力城市客车动力系统的构型福田混合动力城市客车采用并联式油电混合动力技术路线，结构如图1所示，它基于成熟和先进的自动离合器和机械式自动变速器(AMT)技术，在自动离合器的输出和自动变速箱的输入之间加入一个高效率低速大扭矩永磁式牵引电动机/发电机，可以根据车辆的实际使用工况进行智能化控制，内燃机和电机既可分别单独驱动车辆, 也可联合动作共同驱动车辆，实现不同的系统工作模式，使车辆经济性及排放处于最佳状态。

这种并联系统提供了串联系统中所没有的冗余操作运行模式，因此，在电机系统出现故障时，仍然可以像传统车一样运行,从而大大提高整车的出勤率。

图1 混合动力城市客车的动力系统构型示意图2、混合动力城市客车关键技术开发2.1、关键部件选型北汽福田欧辉客车公司从2004年开始从事混合动力客车的研发工作，通过考察、比较国内外混合动力系统技术路线的优缺点，确定了立足于自主开发，拥有独立的自主知识产权，走引进消化吸收创新的研发模式。

①技术路线选型通过比较当前串联、并联及混联三种典型技术路线的优缺点，结合计划开发的城市客车使用环境、特点要求，福田汽车选择了可靠性更有保障、性价比更优的并联技术路线。

②自动变速箱技术选型福田汽车通过借鉴国外特别是混合动力客车应用较为普遍的国外市场成功的经验：应用较为成熟的混合动力系统均基于一个成熟的自动变速箱（AT或AMT）技术基础，如美国商用车应用最多的基于ALLISON AT技术基础的ALLISON EV(EP40和EP50) 混合动力系统、基于AMT 技术基础的EATON HYBRID系统等；反观国内制约混合动力客车应用推广的技术瓶颈恰恰正是没有一套成熟的自动变速箱技术，同期通过比较AT与AMT的性能价格比，相（近）同扭矩条件AT一般为AMT价格的2.5～3倍，结合国内产品市场潜在的消费能力，福田汽车确定了选择基于AMT技术基础构建混合动力系统的基本思路。