无DC/DC 转换器的氢燃料电池混合动力汽车

无DC/DC 转换器的氢燃料电池混合动力汽车

常见的氢燃料电池类型为质子交换膜氢燃料电池，但是该类型的燃料电池在汽车工作状态出现剧烈变化时会产生质子交换膜性能衰退，降低氢燃料电池汽车的耐久性。因此，常结合电能存储装置（锂电池或铅酸电池）与氢燃料电池形成混合动力结构，提高氢燃料电池汽车的耐久性。电能存储装置电压与氢燃料电池电压之间存在差异，为了同时驱动电机运行，需要采用直流/直流（DC/DC）转换器对氢燃料电池电压进行转换调节。使用DC/DC转换器不仅使氢燃料电池汽车的成本增加，而且在电压的转换过程中会造成约20%的电能损耗。因而，需要寻求能够消除使用DC/DC转换器的方法，用于氢燃料电池混合动力汽车的开发过程中。

消除DC/DC转换器的主要目的是确定出不同条件下氢燃料电池与电能存储装置的最佳组合形式。利用试验进行分析时，将额定功率3kW的质子交换膜氢燃料电池与不同形式的电能存储装置并联连接。氢燃料电池不仅为电机提供功率，而且在需要时还能对电能存储装置进行充电，同时电能存储装置辅助氢燃料电池的启动。共选择3种铅酸电池形式进行了试验，分别为4×12V的阀控式铅酸电池组、16×3.4V的锂离子电池组以及16×3.4V的阀控式铅酸电池组。对于每一种组合形式，试验时首先通过充电或放电操作，将电能存储装置的荷电状态分别调整到20%、50%、80%和100%；然后启动氢燃料电池，当其完全启动后，电能存储装置停止向其供能；之后逐渐增加电机负荷，速度为每15s增加50W，并利用设定的能量管理系统对氢燃料电池系统和电能存储装置之间的功率分布进行调节。最后记录电机、氢燃料电池和电能存储装置的电压、电流和温度，并进行对比分析。试验结果显示：①由于单个商业化阀控式铅酸电池的电压是12V，因此其与3.4V的锂离子电池单元相比，调节的灵活性较低，且性能也较低；②采用后两种组合形式能够实现对电能存储装置的调节，消除DC/DC转换器的使用，且16×3.4V锂离子电池组形式下的稳定性和耐久性均最优。

刊名：International Journal of Low-Carbon Technologies（英）

刊期：2016年第11期

作者：Kevin Kendall

编译：李臣