燃料电池+蓄电池电动汽车动力系统的结构

电动汽车动力储能装置包括所有动力蓄电池、超级电容、飞轮电池和燃料电池等储能元件及其以上各类电池的组合。

一、电池的基本组成电池通常由电极（正极和负极）、电解质、隔膜和外壳（容器）四部分组成。

电极是电池的核心部分，通常由活性物质和导电骨架组成。

活性物质是指可以通过化学反应释放出电能的物质，要求其电化学活性高、在电解液中的化学稳定性高以及电子导电性好。

活性物质是决定化学电源基本特性的重要部分。

导电骨架主要起传导电子及支撑活性物质的作用。

当电池通过外部电路（负载）放电时，电池的正极从外电路得到电子，而负极则向外电路输出电子；对于电池内部而言恰好相反。

电解质在电池内部阴、阳极之间担负传递电荷（带电离子）的作用。

电解质一般为液体或固体。

液体电解质常称为电解液，通常是酸、碱、盐的水溶液；固体电解质通常为盐类，由固体电解质组成的电池即称为干电池。

对电解液的要求是电导率高、溶液欧姆电压较小。

对一于固体电解质，要求具有离子导电性，而不具有电子导电性。

电解质的化学性质必须稳定，使其在储存期间与活性物质界面间的电化学反应速率小，这样电池自放电时容量损失减小。

为了避免电池内阴、阳极之间的距离较近而产生内部短路，产生严重的自放电现象，需要在其阴、阳极之间加放绝缘的隔膜，隔膜的形状一般为薄膜、板材或胶状物等。

对隔膜的要求是化学性质稳定，有一定的机械强度，对电解质离子运动的阻力小，是电的良好绝缘体，并可以阻挡从电极上脱落的活性物质微粒和枝晶的生长。

电池的外壳是盛放和保护电池电极、电解质、隔膜的容器。

通常要求外壳具有足够的机械强度和化学稳定性，耐振动、耐冲击、耐腐蚀。

二、电池的基础知识（1）电池的组合蓄电池作为动力源．通常要求有较高的电压和电流，因此需要将若干个单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组使用：电池组合中对单体电池性能具有严格的要求，在同一组电池中必须选择同一系列、同一规格、性能尽量一致的单体电池。

（2）电池的放电电池的放电是将电池内储存的化学能以电能方式释放出来的过程，即电池向外电路释放电流。

1.电动汽车的组成电动汽车由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三部分组成。

电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮，其功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。

后一种功能称作再生制动。

电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功用主要是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。

辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机等等，借助这些辅助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。

1.1 电机与驱动控制针对电动汽车驾驶模式多变、路况复杂等特点，对电动汽车的电机与驱动控制方面进行了深入的研究，首次将鲁棒控制方法应用于电动汽车的驱动控制和永磁直流电机的再生制动，取得了满意的效果。

图2所示为XJ TUEV21电动汽车控制系统的电压电流双死循环结构，并通过对电机驱动电流进行控制来提高系统的性能。

理论仿真和实验表明，在车辆运行过程中，虽然系统参数变化较大，但因控制算法的鲁棒性强，因此控制效果明显优于传统的PID控制。

图1.电动汽车的工作原理电机驱动控制器采用DSP2407芯片，控制一个IGBT的半桥结构，实现电动汽车的驱动与再生制动。

倒车通过倒车挡来实现，使电机由4象限运行变成2象限运行，因此节约了控制器的成本。

油门踏板与剎车踏板分别给出控制电机的驱动电流与能量回馈电流的指令，通过电流传感器与电压传感器构成死循环系统，实现电机驱动力矩的控制与回馈电流的控制。

1.2 再生制动控制系统制约电动汽车发展的一个关键因素是它的续驶里程问题，而再生制动可以节约能源、提高续驶里程，具有显著的经济价值和社会效益。

同时，再生制动还可以减少剎车片的磨损，降低车辆故障率及使用成本。

图3所示为XJ TUEV21电动汽车再生制动控制系统的结构图，该系统由超级电容或飞轮及其控制器组成，而利用超级电容或飞轮吸收再生制动能量，具有非常突出的优点。