氢电混合动力系统结构的技术特点及应用探讨

杨利萍

摘要：人类为了实现可持续的移动必须要减少排放，还要提高燃料电池的效率，因此我们研发了混合电力汽车。本文详细的介绍了一种混合动力系统并分析了这一系统的影响因素，以及如何提高效率。

关键词：氢气  燃料电池   锂离子电池  动力系统

汽车产业在不断的发展，同时它也对环境造成了一定的污染，并且还浪费了很多能源，这是社会上十分重要的两个问题。为了使得人类社会和汽车企业能够协同发展，我们发明了燃料电池汽车，它可以解决这两方面的问题，因此它也是电动汽车最终的目标形态。未来汽车要朝着这一个方向来发展，然而，这一汽车会受到氢气等因素的影响，会使得存放燃料的电池汽车很难在市场上投放。因此我们采用了氢电混合燃料的电池，这样既可以为汽车提供前进的能量，又可以降低输出的功率，使得电动汽车获得一定的经济性。

一、氢电混合燃料电池系统组成

氢燃料电池的系统是集燃料电池技术、辅助动力技术、混合动力技术、车载氢燃料存储及供应技术、冷却循环技术、整车控制技术、环境安全控制技术、外设加氢技术等于一体的复杂系统。锂电子系统是其中最为重要系统，系统包括锂离子电池组和锂离子电池控制装置，另外在这一系统下还设置了一些子系统，还有对电源进行管理的系统。锂离子电池混合动力系统还结合了原有的电池当中的优点，这样可以使得动力系统更加的可靠，另外电池的使用寿命也会延长，同时可以对汽车的能量进行回收，节省资源，避免造成能量的浪费。在这一系统当中，氢燃料电池是电池汽车的一个动力源，它起主要作用，锂离子动力电池组起着辅助的作用，二者共同作用来推动汽车的前进。汽车在运行时会利用燃料电池来提供充足的电力，而锂离子动力电池可以回收能量，并且还可以起调峰等作用。如果汽车不是在平道行驶时，需要加速或者上坡时，锂离子电池就会提供一些便利，帮助其前进。如果汽车需要减速或者是在下坡的时候，锂离子电池就会收回多余的电能。这一动力系统可以使得两种电池同时开展工作，使得汽车可以长时间的续航，并且还能够保存很大的容量，在燃料电池当中最大的输出率与锂离子电池的输出力之间的比例中，燃料电池所占的比例还是较大的。

二、氢燃料电池汽车动力系统技术研究状况

2.1氢燃料电池动力系统特点及优势

氢燃料电池车动力系统受周围气候条件的影响较小，特别是在一些紧急情况时，可以做出快速的反应。我们还对其进行了相关的实验，通过建立模型来测试电动力系统的功率，能量以及性能。根据结果，我们可以得出燃料电池-动力电池混合动力汽车花费较低，并且系统也比较简单，方便操作，它具有一定的经济性，还可以节省能源。同时还缓解了对动力电池的压力，延长电池的寿命。另外，我们还建立了一个软件来模仿电池混合动力系统，同時还在不同的动力系统之下进行仿真。根据研究结果，当它出现较高负载时，燃料电池的输出电压可能会出现一些变化，但是它很快就会变得稳定。当燃料电池的功率一定时，动力系统的经济性是最好的。氢燃料电池车是基于燃料电池的混合动力汽车，已经受到了广泛的关注。它主要的优点有，燃料电池是以可再生的能源来代替电力和石油，并且反应产物为水，不会受到电气的干扰。它的线路条件与非电气化线路可以完全兼容，并且可以在任何铁路线上进行运行。我们在进行研究时分析了氢燃料电池汽车和混合动力汽车以及纯电动的汽车这三者之间的情况，并且还对基础设施和技术进行了比较。氢燃料电池混合动力汽车，它的发展方向更为广阔，并且还会取得很高的效率。

2.2国内氢燃料电池动力系统的研究现状

目前国内已经研发出氢电混合燃料电池汽车，它们的功率较高，并且燃料电池和动力锂电池之间进行了联合来共同驱动电池车的前进。锂电池比较稳定和安全，这样会使得电动汽车快速的充电，并且在充电时还会得到保障。

另外我国对电动机车的研究也越来越深入，并取得了良好的运行效果，同时在尽可能的减少对环境造成的污染。另外，清华大学联合国家重点实验室正努力研发城市客车，其中他们重点研究客车混合动力控制系统，这是一个十分核心的技术，他们选择了不同的方向来进行研究，开发出了功率和能量混合的一个动力系统，并且它相关的性能和指标也符合要求，在车辆行驶时所出现的问题也大大的减少，降低了汽车的故障率，同时在制作成本方面还降低了资金的投入，取得了良好的效果。同时首台研发出的氢电混合燃料电池汽车可以进行长时间的稳定运行，并且在运行过程中还不易发生故障，它的启动时间很短，速度很快，这又是电池汽车发展史上的一个突破。我国还颁布了相关的政策来支持氢电混动汽车研发，这样不仅可以推动燃料电池汽车的发展，同时随着我国科研力度的投入，我国燃料电池汽车也取得了很大的成效。

2.3国外对氢燃料电池动力系统的研究

国际上，随着氢能应用技术发展逐渐成熟，以及全球应对气候变化压力的持续增大，氢能产业的发展在世界各国备受关注，氢能及燃料电池技术作为促进经济社会实现低碳环保发展的重要创新技术，已经在全球范围内达成了共识，多国政府都已出台氢能及燃料电池发展战略路线图，美国、日本、德国等发达国家更是将氢能规划上升到国家能源战略高度。同时各国还建立了一个软件系统来模仿电池混合动力系统，同时还在不同的动力系统下进行仿真。根据研究结果，当它出现较高负载时，燃料电池的输出电压可能会出现一些变化，但是它很快就会变得稳定。当燃料电池的功率一定时，动力系统的经济性是最好的。

三、车用燃料电池动力系统能源效率的影响因素

我国根据燃料电池效率测试平台系统所得到的结果并考虑到燃料电池在工作时效率我们建立了一个关系式。根据结果，我们可以得出，如果其压力比较低，这就会降低电池的初始效率，如果效率达到最大的时候，它的前端燃料电池效率也会与反应器压力成正比。但超过了最大效率点之后就会与电池输出功率成反比。反应器压力对电池的效率起着很大的影响。在最大工作效率之前的30%，电池效率会逐步增大，如果一旦达到了最大效率点，就会不断的下降。

四、结束语

根据燃料电池汽车的发展过程，为了提高燃料电池的效率和延长运行的寿命，就必须要采用氢电混合燃料电池汽车动力系统，这一系统可以对电池，汽车起到一个良好的作用，因此我们要降低燃料电池的制造成本，提高能量和功率，要想办法优化它的效率，并且尽可能的降低功率的消耗。制定相关的策略来控制动力电池混合动力系统并且还要考虑周围的因素，尽可能的简化动力系统，使得操作更加简单，能够取得良好的效果。

参考文献

[1]吴澈. 燃料电池汽车动力系统匹配及控制策略研究[D].中北大学，2018.

[2]张政. 氢电混合动力场地车混动控制系统研究[D].南通大学，2018.